Tìm hiểu chi tiết về Bảo vệ Chống Mất điện SSD

Bảo vệ khi mất điện (PLP) trên SSD không phải là một khái niệm mới nhưng các ứng dụng và kỹ thuật để bảo vệ SSD trong và sau sự cố mất điện đã tiến bộ nhiều trong những thiết kế SSD gần đây. Mục đích của bảo vệ khi mất điện là đạt được hai mục tiêu chính sau:

  • Xả an toàn dữ liệu đang di chuyển (hoặc dữ liệu nằm trong vùng đệm cache DRAM hoặc SRAM của ổ) và ghi vào bộ nhớ Flash cố định hay không biến đổi và
  • Duy trì tính toàn vẹn của bảng ánh xạ của SSD để SSD được nhận ra và sử dụng lại được khi khởi động hệ thống.

Lưu ý: Bảng ánh xạ SSD, tức là Lớp Chuyển tiếp Flash (FTL), có trách nhiệm tạo ánh xạ dữ liệu từ vật lý sang logic trên một SSD.

Khi hệ thống tắt một cách bình thường, SSD nhận một lệnh (Lệnh Tức thì Thường trực) từ trình điều khiển ATA chủ thông báo cho SSD rằng hệ thống sắp tắt nguồn và SSD chuẩn bị ngắt nguồn điện. Khi hệ thống tắt một cách bình thường, SSD có nhiều thời gian để xả các vùng đệm cache và cập nhật bảng ánh xạ.

SSD thiết kế tốt sẽ sử dụng một thiết kế dựa trên phần cứng với các tụ điện lưu giữ điện trên bo mạch của SSD và/hoặc một phần thực thi PLP trên firmware trong đó các thông tin về dữ liệu quan trọng được ghi vào bộ nhớ Flash để bảo đảm việc khôi phục SSD thành công trong lần khởi động tiếp theo. Kingston hiện sử dụng các tụ điện polyme tantali cho PLP.

SSD thuộc thế hệ đầu không có khả năng chống chịu trước sự cố mất điện đột ngột như các phiên bản ngày nay. Việc SSD trở nên không đáp ứng trong chu kỳ khởi động tiếp theo sau khi gặp phải sự cố mất điện đột ngột là khá phổ biến. Trong rất nhiều trường hợp như thế này, sự cố mất điện khiến cho ổ không thể khôi phục được và dẫn đến việc mất dữ liệu.

Tìm hiểu sâu hơn về hai phương pháp tiếp cận PFAIL

PLP phần cứng – PLP phần cứng được thiết kế với mục tiêu chính là giảm khả năng mất dữ liệu bằng cách lưu điện cho SSD bằng các tụ điện tích hợp sẵn trong thời gian đủ lâu để dữ liệu nằm trong vùng đệm cache của SSD có thể được ghi vào bộ nhớ Flash và bảng ánh xạ được cập nhật. Hình dung tổng quan về một sự cố PLP điển hình dựa trên phần cứng trên SSD sẽ trông như thế này.

Sự cố mất điện đột ngột được bộ điều khiển SSD phát hiện

  1. Các tụ điện tích hợp sẵn duy trì điện năng cho SSD
  2. Bộ điều khiển đưa ra một lệnh nội bộ để xả vùng đệm cache
  3. Bộ điều khiển cập nhật bảng ánh xạ để chuẩn bị ngắt nguồn điện
  4. Ổ tắt một cách bình thường

PLP firmware – Bảo vệ PLP firmware cũng được thiết kế để giảm khả năng mất dữ liệu bằng cách bảo đảm khả năng tái xây dựng bảng ánh xạ của firmware trong lần khởi động tiếp theo sau sự cố mất điện. Hình dung tổng quan về bảo vệ PLP dựa trên firmware sẽ trông như thế này:

  1. Bảng ánh xạ của SSD được lưu trữ trong bộ nhớ Flash và được cập nhật trong DRAM
  2. Khi dữ liệu mới được ghi vào SSD, firmware cập nhật bảng ánh xạ
  3. Dữ liệu mới được ghi luôn luôn được ghi với thẻ (hay byte trống) bao gồm LBA, EEC và các thông tin cấu trúc dữ liệu khác
  4. Sự cố mất điện đột ngột xảy ra
  5. Các byte trống chứa thông tin cấu trúc dữ liệu kết hợp với bảng ánh xạ ban đầu để cho phép firmware của SSD tái xây dựng bảng ánh xạ của SSD trong lần khởi động tiếp theo

Bảo vệ PLP firmware là một phương thức có hiệu quả cao trong việc phòng ngừa mất dữ liệu trong các ứng dụng lưu trữ doanh nghiệp. Ví dụ, một việc quan trọng là các SSD được cấu hình trong mảng RAID có thể khôi phục và trở lại trạng thái hoạt động bình thường sau sự cố mất điện để bảo toàn tính toàn vẹn của mảng RAID. Một hoặc vài thành phần hỏng của mảng có thể làm cho mảng không kết nối được với khả năng mất dữ liệu cao.

Một tình huống doanh nghiệp khác có thể liên quan đến việc các SSD tạo thành một "khối lưu trữ chung" lớn trong đó các SSD vật lý được phân vào nhiều LUN và được nhiều thiết bị chủ dùng chung. Tính sẵn sàng cao là một khía cạnh thiết kế quan trọng trong ví dụ này và bảo vệ PLP dựa trên firmware bảo đảm việc khôi khục thành công các SSD phục vụ những LUN và thiết bị chủ này.

Kingston coi khả năng chống chịu khi mất điện đột ngột là một ưu tiên hàng đầu

Kingston® đưa các SSD của mình (cá nhân và doanh nghiệp) qua một bài kiểm tra chu kỳ khởi động kỹ thuật rất khắc nghiệt thuộc một phần của của quy trình kiểm định tiêu chuẩn. Ngoài việc kiểm tra tính tương thích, hiệu năng và độ bền, các SSD của Kingston phải vượt qua rất nhiều sự cố mất điện không an toàn một cách thành công, khởi động lại và hoạt động bình thường để có thể vượt qua quá trình kiểm định. Nếu một SSD bị hỏng trong bài kiểm tra mất điện, quá trình kiểm định kỹ thuật được dừng lại, nguyên nhân của vấn đề được giải quyết và quy trình kiểm định chất lượng bắt đầu lại.

Kết luận

Các ứng dụng và môi trường không phải lúc nào cũng giống nhau và những khía cạnh nhất định cần được quan tâm khi quyết định xem loại PLP nào phù hợp với môi trường của bạn.

Hầu hết các ứng dụng doanh nghiệp ngày nay đều được bảo vệ với các nguồn điện dự phòng, hệ thống pin dự phòng và máy phát điện để giữ cho trung tâm dữ liệu luôn hoạt động trong trường hợp mất điện bất ngờ. Phần mềm và các mạng lưới tốc độ cao mở đường cho ngày càng nhiều các kiến trúc nhân bản dữ liệu, gỡ bỏ phần cứng như là một điểm hỏng duy nhất.

Sự ổn định của nguồn điện trong trung tâm dữ liệu cùng với các tiêu chuẩn về khả năng sẵn sàng làm việc cao (High Availability - HA) sẽ là những yếu tố quan trọng trong việc xác định xem loại bảo vệ PLP SSD nào phù hợp nhất với một ứng dụng lưu trữ.