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    从异常断电说起 企业级SSD的可靠性为何那么强?

      [  中关村在线 原创  ]   作者:林爽雨   |  责编:郎孟华

        由于意外停电、蓝屏死机等原因导致电脑没有完成正常关机流程的情况,我们一般称之为异常断电。

        异常断电会极大危害SSD的数据读写安全,不仅仅是丢失尚未保存的文件,还有系统缓存内尚未实际写入到硬盘的数据,以及短暂储存在SSD缓存当中等待最终写入NAND闪存的数据都可能会丢失。极端情况下SSD以前已经写入的数据也会出错,甚至整个SSD会因此“变砖”——无法识别、无法读写、数据全毁。

        异常断电对SSD危害如此之大的原因,主要是其破坏了SSD闪存物理存储位置与逻辑地址之间的映射关系,也就是FTL映射表。

        与机械硬盘不同,SSD中的数据实际存储在闪存的哪个位置是由主控决定。为了方便读写,主控引入了FTL映射表并存储在缓存当中,其中记录了逻辑LBA地址与实际闪存PBA地址的一一对应关系。

        如何通俗得理解FTL映射表的作用?打个比方,快递员给你送快递,一般是通过门牌号找到你家。但一旦门牌号丢失,他不但找不到你家,还有可能把你的包裹送给别人。FTL映射表便是依据类似这样的逻辑关系进行运作。由于FTL映射表存储在缓存当中,意味着它得时刻保持通电状态,一旦异常断电,它的映射关系便会丢失,以致于数据来不及映射(数据丢失)甚至SSD变砖。

        相比其它影响数据安全的因素,异常断电在我们的可控范围之外,因此它不会因为SSD有好的闪存颗粒或者我们有好的使用习惯而降低对SSD的伤害。为应对这个问题,SSD断电保护机制应运而生。

        异常断电保护有硬件级和固件级两类。硬件级主要是指储能电容和相关电路,固件级更多是固件算法和控制逻辑。

        当前所有的SSD在设计时其实都会有掉电保护机制,不过主要集中在算法层面,也就是通过固件算法来实现断电保护,这也是目前大多数消费级SSD所采用的方式之一。

        不过纯固件实现的断电保护只能护住FTL闪存映射表不致损坏,或者损坏后能够快速有效地完成重建。但如果没有储能电容,它仍然无法保护DRAM缓存中的数据。换句话说,它无法完全应对所有可能发生的极端条件,以及确保保护机制自身不会犯错,例如在企业数据存储上它就远远不够。

        相比个人用户,企业面对的数据更加庞大,价值也更高,这就要求企业所使用的存储工具必须满足在各种极端环境里运行自如,能够长时间读写,同时兼具数据加密等功能,在各种突发情况下确保数据的完整性。

        而在数据完整性这一环,就不得不提到断电保护。在一秒就要读写海量数据的数据中心或者服务器平台,一旦遇到异常断电的情况,如果单靠纯固件实现的断电保护功能,那么暂时存储在缓存中的数据将会大量丢失,这对企业来说是一个巨大的损失。

        硬件级断电保护的存在恰恰就是为了解决这个难题。它有独立的硬件电路,包括应急供电用的电容、用于发现断电并触发保护机制的电压监视芯片等。而在整个硬件级断电保护机制当中,电容至关重要。

        在SSD上配置储能电容,让SSD面对异常断电时,可以改用储能电容供电并让缓存内的数据及时写入到NAND颗粒中,相当于给SSD争取出一个缓冲时间完成数据存储,具有极高的可靠性。

        (使用钽电容+固件算法进行双重断电保护的影驰擎GA-E 16TB 企业级SSD)

        受制于成本和极端的工作环境,储能电容一般只在企业级SSD上才会使用。而普通消费级SSD日常读写压力小,固件上的断电保护足够它面对意外断电时的可靠性需求。

        最后,总结一下:相比消费级SSD只有固件上的断电保护,企业级SSD一般会采用储能电容搭配固件算法达到双重防护的效果,数据安全性往往会更高。

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