Dokładniejsze informacje na temat zabezpieczenia dysków SSD przed utratą zasilania

Stosowane w dyskach SSD zabezpieczenia na wypadek utraty zasilania (PLP) nie są nowym pomysłem, jednak w najnowszych konstrukcjach aplikacje i techniki wykorzystywane podczas utraty zasilania i po jej wystąpieniu zostały znacznie udoskonalone. Zabezpieczenia tego typu mają dwa główne zadania:

• bezpieczne przeniesienie aktualnie używanych danych (lub danych przechowywanych w buforach pamięci podręcznej DRAM lub SRAM) do pamięci flash typu trwałego lub nieulotnego oraz
• zachowanie integralności tabeli mapowania dysku SSD tak, aby dysk SSD został rozpoznany i mógł być używany po ponownym uruchomieniu systemu.

Uwaga: Tabela mapowania dysku SSD, znana także pod nazwą Flash Transition Layer (FTL), odpowiada za mapowanie na dysku SSD fizycznych adresów danych na logiczne.

Podczas normalnego zamykania systemu dysk SSD otrzymuje polecenie (Standby Immediate Command) generowane przez sterownik interfejsu ATA hosta. Polecenie takie informuje dysk SSD o zamykaniu systemu i umożliwia dyskowi przygotowanie się do wyłączenia zasilania. W takiej sytuacji dysk SSD ma dość czasu na opróżnienie buforów pamięci podręcznej i zaktualizowanie tabel mapowania.

W dobrze zaprojektowanych dyskach SSD wykorzystuje się rozwiązania sprzętowe bazujące na wbudowanych kondensatorach przechowujących energię i/lub na zintegrowanej z oprogramowaniem sprzętowym ochronie przed utratą zasilania (PLP), dzięki którym ważne metadane zostają zapisane w pamięci flash, zapewniając możliwość odzyskania pełnej sprawności dysku SSD po przywróceniu zasilania. Obecnie w produktach firmy Kingston są w tym celu stosowane kondensatory tantalowo-polimerowe.

Pierwsze generacje dysków SSD były znacznie mniej odporne na nagłe zaniki zasilania niż modele produkowane dzisiaj. W przeszłości często zdarzało się, że po nagłej awarii zasilania dysk SSD nie odzyskiwał sprawności. Co ważniejsze, w przeszłości w wielu tego typu sytuacjach awaria zasilania prowadziła do nieodwracalnej utraty danych zapisanych na dysku SSD.

Dwa podejścia do zabezpieczenia na wypadek utraty zasilania (PLP)

Sprzętowe rozwiązania PLP — sprzętowe zabezpieczenia PLP mają głównie na celu ograniczenie możliwości utraty danych poprzez podtrzymywanie zasilania dysku SSD z użyciem wbudowanych kondensatorów mocy przez czas pozwalający zapisać w pamięci flash dane z bufora pamięci podręcznej dysku SSD i zaktualizować tabele mapowania. Typowy przypadek zadziałania sprzętowych zabezpieczeń PLP w dysku SSD może mieć następujący przebieg:

Kontroler dysku SSD wykrywa nagłą utratę zasilania.

1. Wbudowane kondensatory mocy podtrzymują zasilanie dysku SSD.
2. Kontroler wydaje wewnętrzne polecenie opróżnienia bufora pamięci podręcznej.
3. Przed utratą zasilania kontroler aktualizuje tabele mapowania.
4. Napęd zostaje wyłączony w sposób kontrolowany.

Rozwiązania PLP zintegrowane z oprogramowaniem sprzętowym — zabezpieczenia tego typu również mają za zadanie ograniczyć prawdopodobieństwo utraty danych poprzez zagwarantowanie, że oprogramowanie sprzętowe będzie w stanie odbudować tabelę mapowania po przywróceniu zasilania. Typowy przypadek zadziałania zabezpieczeń PLP wbudowanych w oprogramowanie sprzętowe dysku SSD może mieć następujący przebieg:

1. Tabela mapowania dysku SSD jest przechowywana w pamięci flash i aktualizowana w pamięci DRAM.
2. Po zapisaniu nowych danych na dysku SSD oprogramowanie sprzętowe aktualizuje tabelę mapowania.
3. Nowe zapisywane dane są zawsze zapisywane z oznaczeniami (lub dodatkowymi bajtami), które zawierają adres logiczny, kod korekcji błędów oraz inne informacje dotyczące struktury danych.
4. Ma miejsce nagła utrata zasilania.
5. Dodatkowe bajty zawierające informacje o strukturze danych w połączeniu z oryginalną tabelą mapowania umożliwiają oprogramowaniu sprzętowemu dysku SSD odbudowanie tabeli mapowania po przywróceniu zasilania.

Zabezpieczenia PLP wbudowane w oprogramowanie sprzętowe są bardzo skuteczne w zapobieganiu utracie danych w zastosowaniach korporacyjnych. Na przykład warunkiem zachowania integralności macierzy RAID jest, aby jej składowe dyski SSD były w stanie odzyskać sprawność po utracie zasilania. Nawet jeden niesprawny dysk w macierzy może spowodować jej odłączenie i zwiększyć ryzyko utraty danych.

Inna konfiguracja spotykana w przedsiębiorstwach może obejmować dyski SSD wchodzące w skład puli udostępnionych dysków, gdzie fizyczne dyski SSD udostępniane wielu hostom są podzielone na pewną liczbę segmentów z oddzielnymi numerami jednostek logicznych. W takim przypadku ważnym czynnikiem jest wysoka dostępność, a wbudowane w oprogramowanie sprzętowe zabezpieczenia PLP zapewniają pomyślne przywrócenie sprawności dysków SSD obsługujących poszczególne jednostki logiczne i hosty.

W firmie Kingston traktujemy odporność na nagłą utratę zasilania priorytetowo

W ramach standardowej procedury kwalifikacyjnej produkowane przez firmę Kingston® dyski SSD (zarówno w wersji dla nabywców indywidualnych, jak i korporacyjnych) przechodzą forsowne testy przełączania zasilania. Dyski SSD firmy Kingston obok badań zgodności, wydajności i trwałości przechodzą także wiele testów polegających na awaryjnym odłączeniu zasilania, po których muszą się poprawnie uruchamiać i być w pełni sprawne. Dopiero po tych testach zostają dopuszczone do sprzedaży. Jeśli po testowym odłączeniu zasilania dysku SSD nie można uruchomić, proces badania jest przerywany, przyczyna problemu zostaje odszukana i wyeliminowana, a procedury kwalifikacyjne rozpoczynają się od początku.

Podsumowanie

Trudno spotkać dwa identyczne środowiska pracy czy zastosowania i z tego względu należy dokładnie rozważyć, który rodzaj zabezpieczeń PLP sprawdzi się w konkretnych warunkach.

W większości przedsiębiorstw stosuje się obecnie zabezpieczenia w postaci zasilaczy nadmiarowych, zasilaczy awaryjnych i generatorów prądu zapewniające nieprzerwaną pracę centrów danych nawet po nieoczekiwanej utracie zasilania. Rozwój oprogramowania i sieci o wysokiej przepustowości utorowały drogę rosnącej liczbie rozwiązań powielania danych, eliminując ryzyko utraty danych w wyniku awarii pojedynczego elementu sprzętowego.

Stabilność zasilania centrum danych w połączeniu z rozwiązaniami zapewniającymi wysoką dostępność powinny być istotnymi czynnikami wpływającymi na wybór zabezpieczenia PLP najlepiej dopasowanego do planowanego zastosowania dysków SSD.