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技術簡報

深入了解 SSD 斷電資料保護功能

SSD 的斷電資料保護功能 (PLP) 雖不是一項新的概念,但近期在 SSD 斷電時和斷電前的防護功能應用和技術已大幅提升。斷電資料保護功能的主要目的有以下兩個:

- 安全地刷新使用中的數據 (或位於硬碟 DRAM 或 SRAM 中快取緩衝區的數據) 並傳輸到穩定的或非揮發性的快閃記憶體及

- 維持 SSD 映射表的完整性,如此才能在重新啟動系統時偵測 SSD 並再次使用。

附註:SSD 映射表 (也稱為快閃記憶體轉換層 (FTL)) 負責 SSD 上實體到邏輯的數據配置。

在系統正常關機的情況下,SSD 會收到主機 ATA 驅動程式發出的指令 (Standby Immediate Command),警告 SSD 系統正在關機,和 SSD 準備移除電源。在系統正常關機情況下,SSD 有許多時間可刷新快取緩衝區和更新映射表。

設計良好的 SSD 採用硬體型設計,並會搭載 SSD 電源電容器及/或內建韌體 PLP 功能,其中會將重要的中繼資料資訊寫入快閃記憶體,確保在下一次開啟電源時順利復原 SSD。Kingston 目前針對 PLP 使用鉭質聚合物電容。

早期的 SSD 不像今日的型號這麼能夠因應突發性的電源中斷。SSD 發生突發性電源中斷現象,因而無法為下次電源週期作出回應是常見的情況。在許多早期的案例中,電源中斷經常導致 SSD 無法復原且有資料遺失的現象。

深入了解兩種 PLP 保護方式

硬體型 PLP 保護 – 硬體 PLP 設計的主要目的是藉由保留 SSD 電源而降低資料遺失現象,而且板載電源電容器 (Power Caps) 長至足以將位於 SSD 內的快取緩衝區數據寫入快閃記憶體和更新其映射表。硬體型 PLP 保護方式概述如下:

SSD 控制器偵測到突發性電源中斷現象

1. 板載電源電容器為 SSD 保留電源

2. 控制器會發出內部指令要求刷新快取緩衝區

3. 控制器更新映射表來為電源移除做準備

4. 硬碟會順利地關閉電源

韌體型 PLP 保護 – 韌體 PLP 保護設計透過電源中斷事件之後的下一次電源開啟時,確保韌體重建映射表的能力,進而降低資料遺失的可能性。韌體型 PLP 保護方式概述如下:

1. SSD 的映射表會儲存在快閃記憶體並會在 DRAM 中更新

1. SSD 的映射表會儲存在快閃記憶體並會在 DRAM 中更新

2. 將新資料寫入至 SSD 時,韌體便會更新映射表

3. 寫入的新資料一律會以標籤 (或備用位元組) 寫入,其中包含 LBA、EEC 及其他結構資料資訊

4. 發生突發性的電源中斷現象

5. 含有資料結構資訊且與原始映射表組合的備用位元組,可讓 SSD 韌體在下一次開啟電源時重建 SSD 映射表

韌體 PLP 保護是可防止企業儲存應用程式中發生資料遺失現象高度有效的方式。例如,在電源中斷事件之後,RAID 陣列中設定的 SSD 必須要能夠復原和返回健全狀態,才能保留 RAID 陣列的完整性。一或數個失敗的陣列成員可能造成離線陣列和資料遺失的高風險。

另一個企業案例可能涉及用來組成大型「分享區」的 SSD,其中實體 SSD 會被切至多個 LUN 並在多個主機之間分享。高可用性是此範例和韌體型 PLP 保護的關鍵設計考量,可確保順利復原為這些 LUN 及主機提供服務的 SSD。

Kingston 將突發性電源中斷復原能力視為優先要務

Kingston® 用極度嚴苛的工程電源週期來測試其 SSD (消費者及企業系列) 做為標準資格認證程序的一部分。除了相容性、效能及耐用性測試以外,SSD 還必須順利地度過許多不安全電源中斷事件、開機,並可維持完整運作功能,才能通過資格認證程序。如果 SSD 在電源中斷測試中「出錯」,工程資格認證測試便會停止,待此問題的解決後資格認證程序會從頭開始進行。

結論

結論 每個應用程式及環境都是獨一無二的,因此在決定哪些類型的 PLP 符合環境時應進行特定考量。

今日大多數的企業應用都有備用電源、備用電池系統和發電機加以保護,在發生未預期的電源中斷現象時讓資料中心順利運行。軟體及高速網路已經為日益增加的資料複寫架構預作準備,而會移除單一故障的硬體。

資料中心電源穩定性和高可用性 (HA) 的實踐,是辨別各種儲存應用適用的 SSD PLP 保護時最關鍵的因素。

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