BRPI1013576B1

BRPI1013576B1 - aparelho e método para controlar um disco de estado sólido

Info

Publication number: BRPI1013576B1
Application number: BRPI1013576A
Authority: BR
Inventors: Katharine Brown Joanna; Venturi Ronald
Original assignee: Ibm
Priority date: 2009-04-21
Filing date: 2010-04-07
Publication date: 2020-05-19
Also published as: US20120042211A1; US8793530B2; MX2011010822A; CA2745646A1; WO2010121902A1; US20130185587A1; TWI479309B; CN102301339B; CA2745646C; IL214773A0; BRPI1013576A2; TW201111981A; EP2366148A1; EP2366148B1; CN102301339A; US8775864B2; IL214773A; JP5607725B2; JP2012524925A

Abstract

aparelho e método para controlar um disco de estado sólido um aparelho e método para controlar um disco de estado sólido compreende: um detector de falha operável para detectar uma falha no disco de estado sólido; um meio de degradação de status, responsivo ao detector de falha detectando uma falha, operável para definir um indicador de status degradado para o disco de estado sólido; e um controlador de status degradado, responsivo ao indicador de status degradado, para manter o disco de estado sólido em operação em um modo de operação degradado.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para: “APARELHO

E MÉTODO PARA CONTROLAR UM DISCO DE ESTADO SÓLIDO”.

Campo da Invenção

[0001] A presente invenção refere-se ao campo de controlar discos de estado sólido (SSD) e mais especificamente a um aparelho automatizado e método para tratar de falhas em sistemas que compreendem SSDs. Antecedentes da Invenção

[0002] Com os recentes avanços em tecnologia de armazenamento, está se tornando possível armazenar dados usando tecnologia de unidade de estado sólido (SSD), na qual dispositivos que compreendem memória de estado sólido são usados para substituir dispositivos de armazenamento de disco giratório convencionais. Entretanto, a tecnologia SSD tem problemas relacionados à falha de dispositivo específica que não são encontrados em tecnologias de disco giratório convencionais, e esses problemas constituem um fator que pode inibir seu uso, particularmente em ambientes de missão crítica.

[0003] O requerente acredita desse modo que é desejável ter um aparelho automatizado e método para tratar falhas em sistemas compreendendo SSDs de tal modo a tratar e diminuir os problemas acima.

Sumário da Invenção

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[0004] A presente invenção provê, por conseguinte, em um primeiro aspecto, um aparelho para controlar um disco de estado sólido compreende: um detector de falha operável para detectar uma falha em disco de estado sólido; um meio de degradação de status, responsivo ao detector de falha que detecta uma falha, operável para definir um indicador de status degradado para o disco de estado sólido; e um controlador de status degradado, responsivo ao indicador de status degradado, para manter o disco de estado sólido em operação em um modo de operação degradado.

[0005] O aparelho compreende ainda, preferivelmente, um analisador de diagnóstico para analisar a falha durante o modo de operação degradado, um controlador de reparo para reparar conteúdo do disco de estado sólido durante o modo de operação degradada, e um controlador de recuperação para recuperar o disco de estado sólido da falha, em que o controlador de recuperação é operável para redefinir o indicador de status degradado.

[0006] Em um segundo aspecto, é fornecido um método para controlar um disco de estado sólido que compreende: detectar por um detector de falha uma falha no disco de estado sólido; responsivo à etapa de detectar uma falha, definir por um meio de degradação de status um indicador de status degradado para o disco de estado sólido; e responsivo

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3/16 ao indicador de status degradado, manter por um controlador de status degradado o disco de estado sólido em operação em um modo de operação degradado.

[0007] O método compreende ainda preferivelmente analisar a falha por um analisador de diagnóstico durante o modo de operação degradada, reparar conteúdo do disco de estado sólido por um controlador de reparo durante o modo de operação degradado, recuperar o disco de estado sólido por um controlador de recuperação da falha, e redefinir o indicador de status degradado pelo controlador de recuperação.

[0008] Em um terceiro aspecto, é fornecido um programa de computador que compreende código de programa de computador para, quando carregado em um sistema de computador e executado no mesmo, fazer com que o sistema de computador execute todas as etapas do método do segundo aspecto.

[0009] As concretizações preferidas da presente invenção fornecem desse modo vantajosamente um aparelho automatizado e método para tratar falhas em sistemas compreendendo SSDs.

Breve Descrição dos Desenhos

[0010] Uma concretização preferida da presente invenção será descrita agora, como exemplo apenas, com referência aos desenhos em anexo, nos quais:

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[0011] A figura 1 mostra uma representação esquemática de um aparelho exemplar de acordo com uma concretização preferida da presente invenção; e

[0012] A figura 2 mostra uma representação de fluxograma de um método exemplar de acordo com uma concretização preferida da presente invenção.

Descrição Detalhada da Concretização Preferida

[0013] Tecnologia de unidade de estado sólido (SSD) tem modos de falha específicos que não são encontrados em tecnologias de unidade de disco convencional (isto é, disco giratório) - algumas falhas podem fazer com que o SSD fique inesperadamente fora de linha a partir do subsistema de armazenamento por períodos prolongados enquanto tenta recuperação, fazer com que o mesmo permanentemente perca acesso a alguns dados de usuário retidos na memória volátil, ou deixe o mesmo exposto à falha catastrófica no evento de perda de energia. Essas falhas podem ser toleradas nos ambientes não críticos para os quais dispositivos SSD foram orginalmente destinados, porém não podem ser toleradas nas situações de missão crítica onde SSDs estão sendo implantados hoje. Embora não possa ser possível evitar a causa da origem dessas falhas ocorrer (isto é, falha de componente, perda inesperada de energia, etc.), seria desejável gerenciar a falha em um modo controlado, minimizar o dano de sistema

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5/16 devido à falha de SSD, e permitir recuperação geral de erro em um nível de sistema. O uso de dispositivos SSD em situações de missão crítica é relativamente novo, e pouca proteção contra essas falhas está disponível na técnica conhecida.

[0014] Vários modos de falha são principalmente aqueles que tornam o dispositivo não usável sem alerta anterior- dois casos exemplares específicos são listados aqui - ambos são relacionados ao design comum de dispositivos SSD nos quais uma memória volátil grande é usada para conter tanto os dados de gravação enviados ao dispositivo antes de serem salvos em memória Flash permanente, e as tabelas dinâmicas que apontam para os locais em memória permanente onde os dados de gravação são subsequentemente salvos normalmente o SSD provê energia de backup na forma de baterias ou super capacitores para proteger o conteúdo da memória volátil no evento de uma perda de energia principal.

[0015] Os modos de falha conhecidos exemplares são:

[0016] O SSD encontra um erro de firmware ou lógica que faz com que o mesmo suspeite de corrupção das tabelas de dados mantidas na memória volátil - não pode mais usar as tabelas para encontrar dados salvos, ou salvar dados de gravação novos, assim tem de reconstruir as tabelas dinâmicas por ler cada localização na armazenamento permanente - isso

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6/16 demora um tempo longo (30 minutos tipicamente) que fará com que o sistema considere a unidade como “com falha”.

[0017] A fonte de energia de backup SSD falha em deixar a armazenamento volátil exposta no evento de perda de energia real - se uma perda de energia real ocorrer, o SSD não tem oportunidade de salvar todos os seus dados de gravação armazenados em cache para armazenamento permanente, e assim essa quantidade indeterminada de dados é permanentemente perdida.

[0018] As concretizações da presente invenção fornecem abordagens para aliviar esses problemas com base no SSD detectando a condição de falha, e fornecendo uma indicação exclusiva da falha para o sistema de armazenamento - isso permite que o sistema controle o processo de recuperação e limite o dano. Uma vantagem significativa dessa solução é que o sistema é imediatamente notificado do tipo de falha catastrófica que ocorreu, e o SSD permanece disponível e responsivo ao sistema durante ações de recuperação, ao invés de estar off-line com sintomas desconhecidos.

[0019] Há três elementos conceptuais principais para o tratador de erro de acordo com uma concretização da presente invenção:

1. Detecção e relatório de erro

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2. Controle de recuperação

3. Logging externo

[0020] O elemento 1 requer que o SSD esteja ciente de que um dos modos de falha conhecidos ocorreu - quando o evento de “Reconstrução de tabela necessária” ou “Energia de backup falhou é detectado, o dispositivo deve adicionar um evento exclusivo a seu Log de evento interno, e então entrar um status “Formato degradado - enquanto nesse status, o dispositivo permanece online e capaz de tratar de comandos SCSl que não acessam a mídia, por exemplo, Detecção de log, Consulta, etc. - de modo que o sistema possa usar uma seleção de comandos não de mídia para coletar informações sobre a causa de falha de Elemento 2 requer que o SSD seja capaz de processar o status degradado em resposta a um comando SCSI exclusivo de fornecedor a partir do sistema - desse modo o sistema pode controlar a recuperação do dispositivo, e obter acesso limitado a mídia se necessário para reparo de emergência.

[0021] Na implementação descrita aqui, dois parâmetros são adicionados a Byte 2 do Bloco de Descritor de comando (CDB) para o comando de Formato SCSI, como mostrado pela seguinte tabela:

Formato CDB

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	Bit
byte	7	6	5	4	3	2	1	0
0	Opcode = 04h
1	0	0	0	0	0	0	0	0
2	Data_OK	Pwr_OK	0	0	0	0	0	0
3	Obsoleto
4
5	0	0	0	0	0	0	0	0

[0022] Na tabela acima, o parâmetro Data_OK (Data_OK = ‘1'b) é usado para sinalizar que o acionamento de formato degradado (Reconstrução de tabela pendente) deve agora limpar a condição de Formato degradado e iniciar a ação de

Reconstrução de Tabela, usando:

CDB = 04 00 80 00 00 00.

[0023] O parâmetro Pwr_OK (Pwr_OK = ‘1'b) é usado para sinalizar que o acionamento de energia degradada (Energia de backup falhou) deve agora limpar a condição de Energia degradada (porém não o valor mostrado em Log página 3Fh) e a condição de Proteção de gravação, usando:

CDB = 04 00 40 00 00 00.

[0024] O elemento 3 requer que o SSD mantenha uma

Página de Log de fornecedor exclusivo para refletir esses modos degradados - isso permite que o sistema verifique o

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9/16 status atual do SSD, que pode ter mudado desde que um evento de modo degradado foi primeiramente reportado.

[0025] Na implementação descrita aqui, a Página de log exclusiva de fornecedor 3Fh é definida como mostrada na tabela a seguir:

	Bit
byte	7	6	5	4	3	2	1	0
0	reservado		código	de página = 3Fh
1			reservado =	00h
2-3		comprimento	de página = [0004h]
4	status de formato de dados = 40h (normal) (degradado)	= 80h
5	status de backup de energia = 40h (normal) (degradado)	= 80h
6			reservado =	00h
7			reservado =	00h

[0026] Na tabela acima, Status de formato de dados = 80h indica que uma Reconstrução de tabela é necessária. Pode somente ser redefinido em 40h quando uma Reconstrução de tabela ou Unidade de formato SCSI é concluída. Status de backup de energia = 80h indica que energia de backup falhou.

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Pode somente ser redefinido em 40h após um ciclo de energia e um teste bem-sucedido do componente de energia de backup.

[0027] Com referência agora à figura 1, é mostrado um aparelho exemplar 100 para controlar um disco de estado sólido 102 compreendendo um detector de falha 104 operável para detectar uma falha no disco de estado sólido 102. O meio de degradação de status 106, responsivo ao detector de falha 104 que detecta uma falha, é operável para definir um indicador de status degradado 108 para disco de estado sólido 102, e controlador de status degradado 110 é responsivo ao indicador de status degradado 108 para manter um disco de estado sólido 102 em operação em um modo de operação degradada. Também mostrada na figura 1 encontra-se o analisador de diagnóstico 112 para analisar a falha durante o modo de operação degradada. O controlador de reparo 114 é operável para reparar conteúdo do disco de estado sólido 102 durante modo de operação degradada. O controlador de recuperação 116 é operável para recuperar disco de estado sólido 102 a partir da falha e redefinir o indicador de status degradado 108 na conclusão de ações de recuperação e reparo.

[0028] Voltando para a figura 2, é mostrado na forma de fluxograma um método exemplar para controlar um disco de

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11/16 estado sólido de acordo com uma concretização preferida da presente invenção.

[0029] Após a etapa de início 200, a etapa de teste

202 determina se o indicador de status degradado é definido e se o indicador de status degradado for definido, o processo passa imediatamente para a etapa de processo 210. Se a etapa de teste 202 determinar que o indicador de status degradado não é definido, o sistema prossegue para operar monitorar o SSD na etapa 204. A etapa de teste 206 determina se o SSD falhou. Em caso negativo, o sistema continua a monitorar na etapa 204 e testar na etapa 206. Se a etapa de teste 206 determinar que o SSD falhou, o indicador de status degradado é definido na etapa de processo 208, e na etapa 210, o SSD é operado no modo de status degradado. A falha é analisada na etapa 212. Na etapa 214, o conteúdo do SSD é reparado, e na etapa 216, uma ação de recuperação é realizada no SSD. Se a ação de recuperação na etapa 216 retornar um resultado sem sucesso na etapa de teste 218, o processo termina na etapa de término 220. Se a ação de recuperação na etapa 216 retornar um resultado sem sucesso na etapa de teste 218, o indicador de status degradado é redefinido na etapa 222 e o processo retorna para a etapa de início 200.

[0030] Será evidente para uma pessoa com conhecimentos comuns na técnica que todo ou parte do método

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12/16 das concretizações preferidas da presente invenção pode ser adequadamente e utilmente incorporado em um aparelho lógico, ou uma pluralidade de aparelhos lógicos, compreendendo elementos lógicos dispostos para executar as etapas do método e que tais elementos lógicos podem compreender componentes de hardware, componentes de firmware ou uma combinação dos mesmos.

[0031] Será igualmente evidente para uma pessoa versada na técnica que toda ou parte de uma disposição lógica de acordo com as concretizações preferidas da presente invenção, pode ser adequadamente incorporada em um aparelho de lógica compreendendo elementos lógicos para executar as etapas do método, e que tais elementos lógicos podem compreender componentes como portas lógicas, por exemplo, em uma disposição lógica programável ou circuito integrado de aplicação específica. Tal disposição lógica pode ser adicionalmente incorporada em elementos de capacitação para estabelecer temporária ou permanentemente estruturas lógicas em tal disposição ou circuito usando, por exemplo, uma linguagem de descritor de hardware virtual, que pode ser armazenado e transmitido usando mídia portadora fixa ou transmissível.

[0032] Será reconhecido que o método e disposição descritos acima também podem ser adequadamente realizados

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13/16 total ou parcialmente em software que roda em um ou mais processadores (não mostrados nas figuras), e que o software pode ser fornecido na forma de um ou mais elementos de programa de computador carregados em qualquer portadora de dados adequados (também não mostrados nas figuras) como um disco magnético ou óptico ou similar. Canais para a transmissão de dados podem compreender de modo similar mídia de armazenamento de todas as descrições bem como mídia que carrega sinais, como mídia que carrega sinais cabeados ou sem fio.

[0033] Um método é genericamente concebido para ser uma sequencia auto-consistente de etapas levando a um resultado desejado. Essas etapas exigem manipulações físicas de quantidades físicas. Normalmente, embora não necessariamente, essas quantidades têm a forma de sinais elétricos ou magnéticos capazes de serem armazenados, transferidos, combinados, comparados e de outro modo manipulados. É conveniente em tempos, principalmente por motivos de uso comum, se referir a esses sinais como bits, valores, parâmetros, itens, elementos, objetos, símbolos caracteres, termos, números ou similares. Deve ser observado, entretanto, que todos esses termos e termos similares devem ser associados às quantidades físicas

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14/16 apropriadas e são rótulos meramente convenientes aplicados a essas quantidades.

[0034] A presente invenção pode adicionalmente adequadamente ser incorporada como um produto de programa de computador para uso com um sistema de computador. Tal implementação pode compreender uma série de instruções legíveis em computador fixas em uma mídia tangível, como uma mídia legível em computador, por exemplo, disquete, CD-ROM, ROM ou disco rígido, ou transmissíveis para um sistema de computador, através de um modem ou outro dispositivo de interface, sobre uma mídia tangível, incluindo, porém não limitado a linhas de comunicação análogas ou ópticas, ou de forma intangível usando técnicas sem fio, incluindo, porém não limitados a microondas, infravermelho ou outras técnicas de transmissão. A série de instruções legíveis por computador incorpora toda ou parte da funcionalidade anteriormente descrita aqui.

[0035] Aqueles versados na técnica reconhecerão que tais instruções legíveis em computador podem ser gravadas em diversas linguagens de programação para uso com muitas arquiteturas de computador ou sistemas operacionais. Além disso, tais instruções podem ser armazenadas usando qualquer metodologia de memória, presente ou futura, incluindo, porém, não limitado a semicondutor, magnético, ou óptico, ou

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15/16 transmitidas usando qualquer tecnologia de comunicação, presente ou futura, incluindo, porém, não limitada a óptica, infravermelho ou micro-ondas. Considera-se que tal produto de programa de computador pode ser distribuído como uma mídia removível com documentação impressa ou eletrônica em anexo, por exemplo, software protegido, pré-carregado com um sistema de computador, por exemplo, em uma ROM de sistema ou disco fixo, ou distribuído a partir de um servidor ou painel de avisos eletrônico através de uma rede, por exemplo, a Internet ou World Wide Web.

[0036] Em uma alternativa, a concretização preferida da presente invenção pode ser realizada na forma de um método implementado por computador de implantar um serviço compreendendo etapas de implantar um código de programa de computador operável para, quando implantada em uma infraestrutura de computador e executada sobre a mesma, fazer com que o sistema de computador execute todas as etapas do método.

[0037] Em uma alternativa adicional, a concretização preferida da presente invenção pode ser realizada na forma de uma portadora de dados tendo dados funcionais sobre a mesma, os dados funcionais compreendendo estruturas de dados de computador funcionais para, quando carregados em um

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16/16 sistema de computador e operados desse modo, permitir que o sistema de computador execute todas as etapas do método.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Aparelho para controlar um disco de estado sólido caracterizado pelo fato de que compreende:

um detector de falha operável para detectar uma falha no referido disco de estado sólido;

um meio de degradação de status, responsivo ao detector de falhas detectando uma falha, operável para definir um indicador de status degradado para o referido disco de estado sólido; e um controlador de status degradado, responsivo ao referido indicador de status degradado, operável para manter o referido disco de estado sólido em operação em um modo de funcionamento degradado.

2/3 recuperação é operável para redefinir o referido indicador de status degradado.

6. Método para controlar um disco de estado sólido caracterizado pelo fato de que compreende:

detectar por meio de um detector de falha uma falha no referido disco de estado sólido;

em resposta à referida etapa de detectar uma falha, definir por meio de um meio de degradação de status um indicador de status degradado para o referido disco de estado sólido; e em resposta ao referido indicador de status degradado, manter por meio de um controlador de status degradado o referido disco de estado sólido em operação em um modo de funcionamento degradado.

7. Método, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que compreende ainda a análise da referida falha por um analisador de diagnóstico, durante o referido modo de funcionamento degradado.

8. Método, de acordo com a reivindicação 6 ou 7, caracterizado pelo fato de que ainda compreende reparar conteúdo do referido disco de estado sólido, por um controlador de reparação, durante o referido modo de funcionamento degradado.

9. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 a 8, caracterizado pelo fato de que compreende ainda recuperar o referido disco de estado sólido, por meio de um controlador de recuperação, da referida falha.

10. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que compreende ainda a redefinição

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2. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um analisador de diagnóstico para analisar a referida falha durante o referido modo de funcionamento degradado.

3. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um controlador de reparo para reparar o conteúdo do referido disco de estado sólido durante o referido modo de funcionamento degradado.

4. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que ainda compreende um controlador de recuperação para recuperar o referido disco de estado sólido de tal falha.

5. Aparelho, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o dito controlador de

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3/3 do referido indicador de status degradado pelo referido controlador de recuperação.