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什么是異常斷電？為什么固態(tài)硬盤(pán)異常斷電可能會(huì)故障？由于意外停電、藍(lán)屏死機(jī)等原因?qū)е码娔X沒(méi)有正常完成關(guān)機(jī)就屬于斷電。強(qiáng)拔電源會(huì)丟失文件，這是大家都知道的知識(shí)。那么為什么固態(tài)硬盤(pán)更應(yīng)注意避免異常斷電呢？

異常斷電會(huì)增大固態(tài)硬盤(pán)發(fā)生故障的幾率，不僅僅是丟失尚未保存的文件，還有系統(tǒng)緩存內(nèi)尚未實(shí)際寫(xiě)入到硬盤(pán)的數(shù)據(jù)，以及短暫儲(chǔ)存在固態(tài)硬盤(pán)DRAM緩存當(dāng)中等待最終寫(xiě)入NAND閃存的少量數(shù)據(jù)。極端情況下固態(tài)硬盤(pán)以前寫(xiě)入的數(shù)據(jù)也會(huì)出錯(cuò)，甚至整個(gè)固態(tài)硬盤(pán)會(huì)因此“變磚”——無(wú)法識(shí)別、無(wú)法使用、數(shù)據(jù)全毀。

固態(tài)硬盤(pán)異常斷電可能變磚是因?yàn)楣虘B(tài)硬盤(pán)在內(nèi)部DRAM緩存中存儲(chǔ)了FTL表等維系固態(tài)硬盤(pán)正常工作所必須的元數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)與用戶存儲(chǔ)讀寫(xiě)的數(shù)據(jù)無(wú)關(guān)，但卻是固態(tài)硬盤(pán)維護(hù)自身正常運(yùn)作所必需的，異常斷電會(huì)導(dǎo)致這些元數(shù)據(jù)丟失損壞。

FTL是由固態(tài)硬盤(pán)主控維護(hù)、存儲(chǔ)在固態(tài)硬盤(pán)DRAM緩存當(dāng)中的一張?zhí)摂M關(guān)系對(duì)照表，其中記錄了邏輯LBA地址與實(shí)際閃存PBA地址的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。由于固態(tài)硬盤(pán)的工作機(jī)制與傳統(tǒng)機(jī)械硬盤(pán)截然不同，對(duì)于機(jī)械硬盤(pán)來(lái)說(shuō)LBA地址會(huì)有一個(gè)固定的位置指向，而到了固態(tài)硬盤(pán)當(dāng)中，數(shù)據(jù)寫(xiě)入之后實(shí)際存儲(chǔ)在閃存的哪個(gè)位置是由固態(tài)硬盤(pán)主控決定的。最“原始”的斷電保護(hù)機(jī)制就是在恢復(fù)通電后爭(zhēng)取修復(fù)受損的FTL表，修復(fù)過(guò)程可能需要一定時(shí)間，所以才會(huì)有變磚后“通電三十分鐘閑置”的救急方法。

這種救急方法并非總能成功，所以減少故障的最佳方法還是避免異常斷電對(duì)固態(tài)硬盤(pán)造成傷害，于是就有了各種固態(tài)硬盤(pán)斷電保護(hù)機(jī)制的出現(xiàn)。

斷電保護(hù)機(jī)制

異常斷電保護(hù)有硬件級(jí)和固件級(jí)兩類(lèi)。當(dāng)前所有的固態(tài)硬盤(pán)在設(shè)計(jì)時(shí)其實(shí)都會(huì)有掉電保護(hù)機(jī)制，重點(diǎn)在于能否覆蓋所有可能發(fā)生的極端條件，以及保護(hù)機(jī)制自身是否會(huì)犯錯(cuò)。

硬件級(jí)斷電保護(hù)需要有獨(dú)立的硬件電路，包括應(yīng)急供電用的電容、用于發(fā)現(xiàn)斷電并觸發(fā)保護(hù)機(jī)制的電壓監(jiān)視芯片等。下圖是OCZ Vector 180的拆解，圖中紅色聚合物電容就是斷電保護(hù)電容，此外還會(huì)有相應(yīng)的升降壓電路。

除了使用聚合物電容之外還有一些固態(tài)硬盤(pán)會(huì)使用電解電容，比如Intel 730：

硬件級(jí)斷電保護(hù)機(jī)制，通過(guò)電源穩(wěn)定偵測(cè)到斷電發(fā)生后，改用備用電容供電并立刻著手固態(tài)硬盤(pán)緩存內(nèi)重要FTL數(shù)據(jù)的刷新寫(xiě)入。

可以看到，整個(gè)硬件級(jí)斷電保護(hù)機(jī)制當(dāng)中，電容至關(guān)重要。

不管是聚合物電容還是電解電容，都是有使用壽命限制的，而且會(huì)隨著工作溫度的提升而加快失效，所以帶有硬件斷電保護(hù)電路的固態(tài)硬盤(pán)都會(huì)有一個(gè)安全使用年限，一旦電容失效，不但不能保護(hù)固態(tài)硬盤(pán)，反而會(huì)因?yàn)閿嚯姇r(shí)保護(hù)邏輯無(wú)法生效而導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失風(fēng)險(xiǎn)。

除了硬件級(jí)斷電保護(hù)之外，其實(shí)現(xiàn)在各家固態(tài)硬盤(pán)廠商也都開(kāi)發(fā)了各自的固件級(jí)斷電保護(hù)策略，比如下圖中的東芝Q300Pro，PCB上并沒(méi)有碩大的聚合物電容或是電解電容，但一樣具備斷電保護(hù)能力。

斷電過(guò)程是瞬間的，但電壓并不會(huì)直接變零，而是有一個(gè)急劇下降的過(guò)程。在不添加保護(hù)電容的情況下，固態(tài)硬盤(pán)也可以通過(guò)定制版主控或獨(dú)立的電壓監(jiān)控芯片時(shí)刻監(jiān)視供電情況，一旦發(fā)生電壓下降會(huì)在毫秒級(jí)時(shí)間內(nèi)觸發(fā)斷電保護(hù)應(yīng)急機(jī)制：馬上停止用戶數(shù)據(jù)的接受和寫(xiě)入，立刻將FTL映射表等對(duì)固態(tài)硬盤(pán)正常工作至關(guān)重要的元數(shù)據(jù)寫(xiě)入到NAND閃存當(dāng)中。這樣在下次再通電的時(shí)候，固態(tài)硬盤(pán)就無(wú)需面對(duì)FTL損壞、Page寫(xiě)入錯(cuò)亂等一團(tuán)糟的局面。

而另外一些有DRAM外置緩存的固態(tài)硬盤(pán)，同樣宣稱支持固件級(jí)的斷電保護(hù)機(jī)制，他們是如何做到的呢？以東芝的固態(tài)硬盤(pán)為例，Q300使用了以PHISON PS3110為基礎(chǔ)定制的主控。

下面看看PS3110都針對(duì)異常斷電制定了哪些保護(hù)機(jī)制。

PS3110的斷電保護(hù)機(jī)制包括SmartFlush與GuaranteedFlush兩部分。SmartFlush主要是被動(dòng)防御，盡可能縮短數(shù)據(jù)在固態(tài)硬盤(pán)DRAM緩存當(dāng)中停留的時(shí)間，加快將他們寫(xiě)入到閃存中安全的保存起來(lái)；GuaranteedFlush則是主動(dòng)保護(hù)FTL表等元數(shù)據(jù)的安全，定期保留多份FTL表的備份存儲(chǔ)到閃存當(dāng)中，以便在供電恢復(fù)后修復(fù)使用。

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