eMMC真能優化成UFS？談談手機閃存的文件系統 [複製鏈接]

Hiro

Teenager I

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電梯直達

樓主

發表於 2017-7-14 04:45:03 |只看該作者 |正序瀏覽

和UFS閃存相比，eMMC的性能更弱，同一型號的手機混用這兩種規格的閃存，讓一些消費者感到了不滿。對此，廠商稱通過優化，eMMC的產品也可以獲得優秀的體驗。這個優化到底是怎麼回事？根據以往的一些宣傳，可以推斷出是由於儲存器使用了更先進的文件系統——F2FS。
對於儲存器的文件系統，很多朋友或許並不太關註。但在使用上，不可避免地會感受到不同文件系統之間的區別——最直觀的，莫過於兼容問題，例如NTFS文件系統的硬盤插到Mac電腦中無法寫入，WinXP無法辨別exFAT文件系統等等。為什麼儲存器會選擇不同的文件系統？一個優秀的文件系統，真的能把eMMC優化成UFS嗎？今天就一起來談談這問題吧。

文件系統有啥用？
我們知道，在使用硬盤、U盤等儲存器之前，需要進行格式化。而格式化的時候，會看到有很多文件系統可以選擇。例如，在Win系統下，可以把格式化為NTFS、FAT32等等，在Linux下可以格式化為Ext3、Ext4等等，在macOS中可以格式化為HFS+、APFS等等。這些不同的文件系統，都有著一個共同的作用，那就是組織起儲存器上的數據，讓操作系統和用戶更容易辨認和操作。

例如，在HDD硬盤上，數據是由扇區來儲存的。什麼是扇區？HDD的盤片是一個同心圓，把圓分成一個個小小的扇形，數據在這些扇形中儲存，這些扇形就被稱之為扇區。扇區儲存著數據，但是操作系統並不會直接讓用戶訪問一個個扇區——辨認不同的扇區靠的是物理地址，作為一個用戶，面對著“01DE”“02FD”這樣的物理地址，壓根就無從下手。大家找蒼老師的影視作品，都是到“搖桿驅動程序”的文件夾中去找，哪有找扇區物理地址的道理?
要把扇區組織起來，變成用戶易於理解的各種文件、文件夾，就得文件系統來發揮作用了。我們知道，幾十百來個人的廣場舞，尚有令人眼花繚亂的陣仗，更何況是天文數字一般的扇區。不同的操作系統，組織數據的方式各不相同，於是就誕生了各種各樣的文件系統。

這些不同的文件系統，特性也不盡相同，而且還有這優劣之分。例如大家非常熟悉的FAT32和NTFS，NTFS就明顯要比FAT32更加先進——FAT32無法建立起2T以上的分區、儲存4G以上的文件，而NTFS則可以輕松做到；在安全方面，NTFS支持文件加密、權限控制等特性，還支持日志，而FAT32則都不支持。另外，在性能方面，NTFS對FAT32也是有著明顯優勢。因此，如果文件系統更先進，的確可以把儲存器“優化”得更上一個檔次。
專為閃存而生的文件系統F2FS
文件系統的選擇是有講究的。例如在大容量硬盤流行、註重安全性的今天，在Win系統中使用的硬盤基本都會格式化成NTFS；而為了壽命和兼容性的考慮（NTFS的日志會請求更多讀寫，對閃存壽命不利），U盤、存儲卡又往往格式化成為FAT32。安卓手機又普遍使用什麼文件系統呢？我們知道安卓基於Linux，因此也繼承了Linux的很多特性，大多數安卓機的閃存都跟隨了Linux的主流文件系統，格式化成為了Ext4。

Ext4是一種很優秀的文件系統，它支持無限子目錄、多塊分配、日志記錄等先進特性。不過，它是否適合手機？還真不一定。Ext4在2006年首次出現，當時的儲存介質普遍還是HDD。而現在安卓機使用的都是閃存，Ext4並沒有針對閃存作太多的優化。
HDD和閃存的結構天差地別，數據的組織也並不一樣。在物理結構上，閃存並不存在扇區，因此需要經由FTL層來模擬HDD的扇區以實現對文件系統的兼容。加上文件系統沒有對閃存作什麼優化，所以效率會受到影響。那麼有沒有為閃存作優化的文件系統？F2FS便是了。

F2FS文件系統的全稱是“Flash Friendly File System”，看名字就知道，這是專門為閃存而生的文件系統。這個文件系統來自三星，在2012年底被Linux內核所支持，自然也能夠用於安卓機上。F2FS的確做了很多針對閃存的優化，最重要的就是基於閃存的塊來進行讀寫，小文件的隨機讀寫性能大大提高。
eMMC真能優化成UFS？
那麼eMMC使用F2FS，到底能不能獲得和UFS同等的性能？這裡為大家提供一些測試數據，分別是eMMC 5.1、UFS 2.1兩種閃存，Ext4、F2FS兩種文件系統不同的組合。註意，除了閃存類型和文件系統，測試數據還會受到閃存顆粒優劣、加密算法是否開啟、測試時閃存是否覆蓋寫入等因素的影響，數據僅供參考。
可以看到，F2FS的確比Ext4性能更高，甚至能讓eMMC 5.1在隨機寫入性能超過UFS 2.1。不過，在持續讀寫速度方面，UFS 2.1仍要遙遙領先。而USF 2.1配合F2FS，取得了非常理想的測試成績，在隨機寫入方面甚至能十倍於采用Ext 4的UFS 2.1。無論是eMMC還是UFS，換用後F2FS，都有明顯提升，而UFS換用F2FS的提升幅度更大，性能表現更加完美。
那能不能說F2FS能讓eMMC優化成UFS？這要分開不同方面看。在隨機讀寫性能方面，使用F2FS的eMMC的確可以媲美Ext4的UFS。
這個性能對App的開啟速度很重要，某些使用F2FS的eMMC安卓機在App開啟速度方面，就因此不輸使用UFS的競品機型。但是，eMMC的物理瓶頸，是無法依靠F2FS來補全的——eMMC持續讀寫速度慢，而且是半雙工，每通道同一時間隻能讀數據或者寫數據，不能同時讀寫。在復雜的應用環境下，eMMC依然會是瓶頸。因此，UFS搭配F2FS，才是最完美的性能方案。
不過，盡管F2FS性能很高，但目前使用F2FS的設備不多——甚至連三星自己也沒在安卓機中使用。這是因為F2FS還存在一些爭議，有觀點認為它會縮短閃存的壽命，摩托羅拉某些機型使用過F2FS，一段時間後性能大幅下滑。
無論如何，UFS從硬件規格上，明顯優於eMMC。eMMC使用F2FS後，或許能在某些方面勝過使用Ext4的UFS，但仍不能掩蓋硬件規格更低的事實——UFS可以換用F2FS，eMMC卻是變不了UFS的。目前同時使用UFS和F2FS的設備不多，如果很看重閃存性能，那還是UFS更值得選購——無論用的是Ext4還是F2FS文件系統。