SSD（固態(tài)硬盤）的壽命問題是用戶使用全閃陣列時(shí)關(guān)注的焦點(diǎn)。如何能夠讓用戶放心使用全閃陣列，保障在5年內(nèi)存儲(chǔ)系統(tǒng)不會(huì)因?yàn)镾SD壽命耗盡而出現(xiàn)問題，是全閃陣列廠商面臨的挑戰(zhàn)。浪潮存儲(chǔ)通過優(yōu)化智能全閃G2-F的軟件棧，實(shí)現(xiàn)了SSD介質(zhì)的磨損均衡，使得智能全閃G2-F可以在長(zhǎng)達(dá)5-10年的全生命周期內(nèi)，給閃存介質(zhì)上的數(shù)據(jù)提供安全保障。

HDD和SSD可靠性上存在天然差異

HDD（硬盤驅(qū)動(dòng)器）是通過機(jī)械旋轉(zhuǎn)加磁介質(zhì)記錄數(shù)據(jù)的，而SSD則通過硅晶半導(dǎo)體記錄數(shù)據(jù)。二者記錄數(shù)據(jù)方式的差異決定了兩種類型的盤在存取速度和可靠性方面具有本質(zhì)差異。

HDD由磁頭和盤片組成，數(shù)據(jù)存放在盤片上的某個(gè)位置，當(dāng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫，需要將磁頭移動(dòng)到磁道上，盤片轉(zhuǎn)動(dòng)到指定的位置。所以HDD是一個(gè)機(jī)械設(shè)備，只要加電，磁盤就處于高速旋轉(zhuǎn)工作狀態(tài)。磁介質(zhì)本身的壽命是非常長(zhǎng)的，所以磁盤的壽命并不取決于讀寫的數(shù)據(jù)量，而取決于磁盤的上電時(shí)間。不過，磁盤的壽命跟工作環(huán)境有很大的關(guān)系，比如震動(dòng)對(duì)磁盤的壽命影響就非常大。

兩種存儲(chǔ)介質(zhì)

而NAND的存儲(chǔ)單元為三端器件，與場(chǎng)效應(yīng)管有相同的名稱：源極、漏極和柵極。如下圖所示，浮柵極是用來(lái)保存電荷的的，浮柵極與硅襯底之間是隧道氧化層，與控制柵極間也有一層絕緣層，上下兩層絕緣層保護(hù)浮柵極中的電荷不會(huì)泄漏。采用這種結(jié)構(gòu)，使得存儲(chǔ)單元具有了電荷保持能力，通過讓絕緣浮置柵極捕獲不同數(shù)量的電子以實(shí)現(xiàn)bit值定義。就像是裝進(jìn)瓶子里的水，當(dāng)你倒入水后，水位就一直保持在那里，直到你再次倒入或倒出，所以閃存具有記憶能力。

NAND Flash原理示意圖

而對(duì)浮柵極的充放電，是利用量子隧道效應(yīng)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)我們要對(duì)FLASH進(jìn)行寫入操作的時(shí)候，在控制柵極上加高電壓，源極和漏極接地，使電子穿越隧道氧化層到達(dá)浮柵極，并聚集在浮柵上保持，形成電壓，用來(lái)存儲(chǔ)信息。進(jìn)行擦除時(shí)仍利用隧道效應(yīng)，把電壓反過來(lái)加，從而消除浮柵上的電子，達(dá)到清除信息的結(jié)果。

由于在寫入和擦除的操作過程中，電子反復(fù)來(lái)回穿越隧道氧化層會(huì)損壞隧道氧化層，當(dāng)絕緣氧化層破壞到一定程度，浮柵極中的電荷便不能再有效保持，導(dǎo)致存儲(chǔ)單元物理?yè)p壞。這就是NAND Flash會(huì)有寫入次數(shù)限制的原因。

由于在寫入和擦除的操作過程中，電子反復(fù)來(lái)回穿越隧道氧化層會(huì)損壞隧道氧化層，當(dāng)絕緣氧化層破壞到一定程度，浮柵極中的電荷便不能再有效保持，導(dǎo)致存儲(chǔ)單元物理?yè)p壞。這就是NAND Flash會(huì)有寫入次數(shù)限制的原因。

HDD的實(shí)現(xiàn)原理和Flash完全不一樣，HDD由磁頭和盤片組成，數(shù)據(jù)存放在盤片上的某個(gè)位置，當(dāng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫，需要將磁頭移動(dòng)到磁道上，盤片轉(zhuǎn)動(dòng)到指定的位置。所以HDD是一個(gè)機(jī)械設(shè)備，只要加電，磁盤就處于高速旋轉(zhuǎn)工作狀態(tài)。磁介質(zhì)本身的壽命是非常長(zhǎng)的，所以磁盤的壽命并不取決于讀寫的數(shù)據(jù)量，而取決于磁盤的上電時(shí)間。不過，磁盤的壽命跟工作環(huán)境有很大的關(guān)系，比如震動(dòng)對(duì)磁盤的壽命影響就非常大。

通過對(duì)比SSD和HDD的工作原理，你會(huì)發(fā)現(xiàn)二者的故障模式有非常大的差異。傳統(tǒng)的磁盤軟壽命限制，因此需要對(duì)SSD的壽命管理進(jìn)行精細(xì)設(shè)計(jì)，以此實(shí)現(xiàn)全閃存儲(chǔ)介質(zhì)的生命周期管理。

浪潮智能全閃：六招實(shí)現(xiàn)SSD介質(zhì)全生命周期管理

在上一篇關(guān)于如何減少SSD磨損的文章《寫放大＜1：浪潮智能全閃G2-F閃存陣列是如何做到的》中，已經(jīng)詳細(xì)介紹了浪潮智能全閃G2-F全閃存儲(chǔ)多項(xiàng)全閃存儲(chǔ)的專有黑科技如何通過減少對(duì)SSD的寫入量，從源頭上提高SSD的使用壽命。但減少寫入只是保障可靠性的一個(gè)方面，對(duì)于各種原因?qū)е碌牟糠諷SD出現(xiàn)壞塊，還需要及時(shí)的檢測(cè)、預(yù)測(cè)和處理。下面讓我們來(lái)看看浪潮智能全閃G2-F都有哪些大招，來(lái)實(shí)現(xiàn)SSD全生命周期精細(xì)管理以應(yīng)對(duì)SSD的壽命挑戰(zhàn)。

招數(shù)1：T10 DIF杜絕靜默數(shù)據(jù)損壞

出了問題，首先要檢測(cè)到，防止靜默數(shù)據(jù)損壞。未被檢測(cè)到的靜默數(shù)據(jù)損壞會(huì)導(dǎo)致業(yè)務(wù)系統(tǒng)的嚴(yán)重后果。

T10 DIF(Data Integrity Field，數(shù)據(jù)完整性域)是用戶數(shù)據(jù)的一種端到端的保護(hù)機(jī)制，寫入數(shù)據(jù)的時(shí)候在數(shù)據(jù)塊末尾加入PI(Protection Information，保護(hù)信息)字段，存放數(shù)據(jù)的校驗(yàn)信息。當(dāng)存儲(chǔ)端接收到帶有PI的數(shù)據(jù)之后，會(huì)將PI信息保存起來(lái)，這樣在讀取的時(shí)候會(huì)重新計(jì)算，使得掉電，硬重啟，卷重啟，鏈路丟失等都不會(huì)導(dǎo)致PI數(shù)據(jù)的丟失。浪潮智能全閃G2-F全系列通過支持T10 DIF檢測(cè)，杜絕了靜默數(shù)據(jù)損壞。

招數(shù)2：SSD壽命預(yù)測(cè)提供事先警告

既然SSD壽命有限，SSD什么時(shí)候臨近壽命終點(diǎn)、什么時(shí)候需要更換，就成為用戶和存儲(chǔ)系統(tǒng)管理員最關(guān)心的事情。全閃存儲(chǔ)系統(tǒng)需要在SSD臨近壽命極限時(shí)對(duì)用戶進(jìn)行預(yù)警，給用戶預(yù)留更換乃至采購(gòu)替代品的時(shí)間。同時(shí)，如果用戶的業(yè)務(wù)模型、業(yè)務(wù)流量和初始設(shè)計(jì)時(shí)發(fā)生了巨大變化，存儲(chǔ)系統(tǒng)也需要給出預(yù)警信息，讓用戶采取措施調(diào)整業(yè)務(wù)模型或者數(shù)據(jù)布局，將大流量的數(shù)據(jù)寫入業(yè)務(wù)遷移到其他存儲(chǔ)上。這些必要的功能在浪潮智能全閃G2-F系列產(chǎn)品上進(jìn)行了全面配備，其中包括：

監(jiān)測(cè)壽命衰減速度：浪潮智能全閃G2-F定時(shí)檢查SSD使用壽命百分比，壽命衰減速度過快時(shí)會(huì)上報(bào)并告警，提醒用戶SSD盤異常，建議更換或者改變業(yè)務(wù)模型。

實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)使用壽命：當(dāng)SSD盤使用壽命達(dá)到97%，系統(tǒng)會(huì)建議用戶更換SSD盤；達(dá)到99%，會(huì)警告用戶及時(shí)更換SSD盤

智能剩余生命周期預(yù)測(cè)：浪潮智能全閃G2-F會(huì)根據(jù)用戶業(yè)務(wù)歷史流量及模型，對(duì)SSD可使用時(shí)間進(jìn)行預(yù)測(cè)，并根據(jù)用戶業(yè)務(wù)模型的變化，實(shí)時(shí)調(diào)整預(yù)測(cè)周期。當(dāng)預(yù)測(cè)到SSD剩余壽命大概為6個(gè)月時(shí)，會(huì)產(chǎn)生告警，提醒用戶關(guān)注SSD壽命。

招數(shù)3：RAID壽命預(yù)測(cè)與自動(dòng)化功能凸顯神通

當(dāng)RAID成員盤的壽命臨近極限時(shí)，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出告警，使用CLI命令或GUI界面，檢查每個(gè)成員盤的“更換日期”字段，來(lái)確定需要更換的成員盤。如果RAID個(gè)別成員盤臨近壽命極限，只需更換個(gè)別成員盤，利用RAID冗余數(shù)據(jù)重建，更換盤后，RAID自動(dòng)重建該成員盤。

當(dāng)RAID多個(gè)成員盤臨近壽命時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)更換RAID Group。浪潮智能全閃G2-F可以利用數(shù)據(jù)遷移功能自動(dòng)將該RAID中的數(shù)據(jù)在線遷移出來(lái)，方法是直接刪除該RAID——數(shù)據(jù)遷移功能會(huì)先將該RAID上的數(shù)據(jù)遷移到存儲(chǔ)池的其他RAID上，然后再刪除。如果存儲(chǔ)池其他RAID上沒有足夠的空間，刪除會(huì)失敗，需要先向存儲(chǔ)池添加新RAID后再刪除。