CN111581035A - 用于储存装置的不正常断电测试方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明揭露一种用于储存装置的不正常断电测试方法及设备，测试设备包括一系统控制单元、一工作负载模拟单元、一电力控制单元、一协议控制单元及一数据缓存单元。该电力控制单元与该协议控制单元选择性连接该储存装置。该测试装置在该储存装置模拟至少一工作负载，并于指定时刻断电，然后测试。如此，该测试装置快速发现该储存装置的装置韧体的潜在问题及算法漏洞，而提升该储存装置的装置韧体的稳定性与可靠度。

Description

用于储存装置的不正常断电测试方法及设备

技术领域

本发明隶属一种储存装置的断电测试技术，具体而言指一种用于储存装置的不正常断电测试方法及设备。

背景技术

大多数作为储存装置的固态硬盘(solid-state disk,SSD)是使用如SATA、SAS或光纤信道等端口与计算机端口的总线连接。但SATA主要作为机械硬盘机(hard diskdrive:HDD)的端口，并随时间推移越来越难满足速度日益提高的SSD。因此，部分SSD已受到SATA最大吞吐量的限制。而非挥发性记忆体的控制器埠(non-volatile memory express:NVMe)一个逻辑设备埠规范，其是一种具有优化与高性能的可扩充的主机控制器界面，该NVMe的基本概念是通过快速外部连接总线连接处理器的传输回路。其最大优点是可提供超低延迟与高带宽的存取表现，且NVMe加了自动功耗状态切换和动态能耗管理功能，使NVMe在功耗管理上拥有较大优势。

储存装置在出厂时，须依消费级或企业级等进行不同等级的耐用性及工作负载(如连续读写、随机读写、读写大档案或小档案等)的测试。因此，其测试需求及测试方法有不同的标准规范(如JESD 218、JESD 219等)，以确保储存装置的耐用性寿命和质量。现有储存装置的测试方法大都是针对特定的工作负载做重复测试或是增加系统执行的时间，并参考标准规范来了解测试需求和测验环境。通常对储存装置的耐久度与可靠度可藉由过往经验或是拉长测试时间来验证出基本的问题。储存装置的重要之处在于保存用户数据。一般储存装置的装置韧体或许会处理正常断电，但易忽略或未周全考虑不正常断电而产生漏洞。若储存装置刚好遇上未考虑到的不正常断电，轻则用户的数据消失或系统崩溃，重则导致该储存装置的装置韧体失效而无法存取数据。

通常以操作系统执行一应用程序来测试现有储存装置。因此，测试流程的弹性及复杂度受限。另外，此种测试通常是规律性的循环断电而无法进行可预期的不正常断电测试。替代地，可由测试人员随机对储存装置进行断电，却无法于储存装置执行不同工作负载中的指定时刻进行断电测试，而难以发现在不同工作负载下不正常断电时装置韧体的问题及漏洞。另外，现有测试设备于每次测试中仅能就同一测试方式如指令断电测试、流程断电测试或压力测试来执行，无法让测试人员随时改变测试方式。如何解决前述问题，是业界的重要课题，也是本发明所探讨者。

本发明即基于上述需求与问题深入探讨，并藉由本发明人多年从事相关开发的经验，而积极寻求解决之道，经不断努力的研究与发展，终于成功的发展出一种用于储存装置的不正常断电测试方法及其不正常断电测试设备，能更有效找出装置韧体的问题及漏洞。

发明内容

因此，本发明的主要目的是提供一种用于储存装置的不正常断电测试方法及其不正常断电测试设备，藉以能可程序进行测试，供模拟在不正常断电下执行测试，以更快发现装置韧体潜在问题及算法漏洞，而提升储存装置的装置韧体的稳定性与可靠度。

本发明的另一目的是提供一种用于储存装置的不正常断电测试方法及其不正常断电测试设备，其可在储存装置执行不同工作负载中的指定点进行断电测试，令在断电的过程中，已发出的指令不需要等待指令的响应，而是在指令送出后的任意时刻执行断电，透过突然断电进行有效的测试。

本发明的另一目的是提供一种用于储存装置的不正常断电测试方法及其不正常断电测试设备，其能依需求，随时变换不同的测试方式、测试次数及测试循环，以增加储存装置错误测试的多样性、错误模型、情境、样本数或是种类。

为达成上述目的，该测试设备，依至少一测试规范，在至少一储存装置，模拟至少一工作负载，并于指定时刻执行至少一测试。该测试设备包括测试设备包括一系统控制单元、一工作负载模拟单元、一电力控制单元、一协议控制单元及一数据缓存单元。该系统控制单元，可运算、接受及回复测试时传送的指令。该工作负载模拟单元，连接该系统控制单元，并可依指令对该储存装置执行要测试的各种工作负载模拟。该电力控制单元连接该系统控制单元，并可选择性连接该储存装置，且依指令执行该储存装置的断电与上电。该协议控制单元连接该系统控制单元，并可选择性连接该储存装置，且发送相关测试协议的指令。该数据缓存单元，连接该系统控制单元，并可纪录关键数据和信息以检查该储存装置储存数据的正确性。该测试装置是可程序化。

进一步的，该储存装置可以是NVMe的储存装置。

用于储存装置的不正常断电测试方法，依至少一测试规范，于至少一储存装置，模拟至少一工作负载，并于指定时刻执行至少一测试，该测试方法包括以下步骤：

步骤(S101)、使至少一储存装置执行至少一模拟工作负载的运行，之后执行步骤(S102)；

步骤(S102)、根据设定令上述储存装置进行至少一断电测试，该断电测试模式至少包含一指令/流程断电测试、一装置初始化断电测试或一压力测试，之后执行步骤(S103)；

步骤(S103)、令上述储存装置重新上电，并检查该储存装置的初始化时间是否正常，如果正常则执行步骤(S104)，若不正常则测试失败；

步骤(S104)、是否满足指定的指令断电测试的压力测试条件，当尚未满足测试条件，则重新执行步骤(S102)，如果已满足指定的指令断电测试条件则继续执行步骤(S105)；

步骤(S105)、比对上述储存装置的关键数据是否正确，如果正确则执行步骤(S106)，若不正常则测试失败；及

步骤(S106)、检查上述储存装置是否满足测试条件，若尚未满足测试条件，则回到执行步骤(S101)继续测试，如果满足条件测试条件，则测试成功并结束测试。

进一步的，该指令/流程断电测试可以是一个指令断电测试、或由至少一个指令断电测试所组成的流程断电测试。

进一步的，该测试模式可以是重复执行指令/流程断电测试或装置初始化断电测试的压力测试。

进一步的，该步骤(S102)中，于断电后，有机率触发初始化断电测试模块，并根据初始化断电的压力测试条件，决定是否连续断上电，若未进入初始化断电测试，则继续执行步骤(S103)的正常上电流程。

进一步的，该储存装置可以是NVMe的储存装置。

附图说明

图1是本发明用于储存装置的不正常断电测试设备的架构示意图，供说明其主要配置状态。

图2是本发明用于储存装置的不正常断电测试方法的流程图。

图3是图2所示的方法的一部分的流程图。

图中各标记对应的名称：10、测试设备，11、系统控制单元，12、工作负载模拟单元，13、电力控制单元，14、协议控制单元，15、数据缓存单元，20、储存装置，21、装置控制单元，22、快闪记忆体。

具体实施方式

如图1所示，依本发明的一实施例，一种用于储存装置20的不正常断电测试设备10包含一系统控制单元11、一工作负载模拟单元12、一电力控制单元13、一协议控制单元14及一数据缓存单元15。测试设备10藉电力控制单元13与协议控制单元14选择性连接该储存装置20，供执行该储存装置20于不同工作负载(包含但不限于连续读写、随机读写、读写大档案或小档案等)下的不正常断电测试。储存装置20可以是NVMe固态硬盘，且有一系列由一NVMe装置控制单元21控制的快闪记忆体22，供可程序化进行测试，让测试设备10可模拟在不正常断电下对储存装置20执行测试，以快速发现储存装置20的装置韧体所潜在问题及算法漏洞，而提升储存装置20的装置韧体的稳定性与可靠度。

系统控制单元11用于接受及回复测试时传送的指令，以完成各种指令的执行，包含但不限于变换不同的断电方式、测试次数、测试循环及测试结果运算。工作负载模拟单元12连接系统控制单元11而可依指令对储存装置20执行要测试的各种工作负载。工作负载模拟单元12主要用来描述NVMe的储存装置20在客户端会发生的行为与指令的比例(根据测试规范JDEC 218、219)，例如连续读写、随机读写、读写大档案或小档案等。工作负载的内容取决于储存装置20的定位，例如字处理、游戏处理或邮件服务器的工作负载等。重点是要模拟出客户端使用环境下出现的行为。

电力控制单元13是连接于系统控制单元11，并可选择性连接待测的储存装置20，供依指令执行储存装置20的断电与上电。

协议控制单元14亦连接系统控制单元11，并可选择性连接待测的储存装置20。协议控制单元14可供相关指令发送相关测试协议，例如指令/流程断电测试、初始化断电测试、压力测试的相关协议规范与流程，供执行储存装置20测试的检查、比对及判断测试成功与否。

数据缓存单元15连接系统控制单元11而可纪录关键数据和信息，以便于协议控制单元14检查储存装置20储存数据的正确性，例如断电前写入的N笔数据的长度和位置及其它不会被覆盖的固定数据区域等。

藉此，组构成一种可程序化、且模拟不正常断电测试的用于储存装置的不正常断电测试设备者。

测试设备10于实际运用时依照NVMe的储存装置20的测试规范(如JDEC218、219)。测试设备10的系统控制单元11会根据工作负载模拟单元12的参数来储存装置20作动，并用电力控制单元13来执行不正常断电动作。工作负载模拟单元12包含模拟各种工作负载环境的所有指令与各指令发生的比例。然后，协议控制单元14对储存装置20执行各种测试模式，包含但不限于指令/流程断电测试、初始化断电测试及压力测试。

图2、图3所示为本发明用于储存装置的不正常断电测试方法的流程图。

首先，执行步骤S101，使至少一储存装置执行至少一模拟工作负载的运行。测试设备10的系统控制单元11依工作负载模拟单元12的设定，使储存装置20执行至少一模拟工作负载，例如连续读写、随机读写、读写大档案或小档案。

接着，执行步骤S102，依设定令储存装置20进行包含一指定测试模式的断电测试。电力控制单元13依设定，于储存装置20的模拟工作负载运行中，进行至少一指定时刻的断电。协议控制单元14对储存装置20执行相对应断电的一测试模式。测试模式可以是一指令/流程断电测试A、一装置初始化断电测试B或一压力测试C。指令/流程断电测试A包含一个指令断电测试、或由至少一个指令断电测试所组成的流程断电测试。测试模式进一步可以是重复执行指令/流程断电测试A或装置初始化断电测试B的压力测试C。若指令/流程断电测试A断电后触发装置初始化断电测试B，则根据装置初始化断电测试B的压力测试条件，决定是否连续断、上电。若未进入装置初始化断电测试B，则继续执行步骤S103的正常上电流程。针对不同测试模式的执行流程则如图3所示。

执行指令/流程断电测试A时，是于步骤S101后，执行步骤S1022、根据设定对欲中途断电的指令断电。在储存装置20上电后至协议控制单元14可下指令的阶段，工作负载模拟单元12令储存装置20执行模拟工作负载一段时间。然后，电力控制单元13依指令的比例断电。为了增或减特定指令出现的频率，在此加入协议控制单元14的可程序化参数，可复制特定的情况或任意模拟NVMe指令的行为，并对储存装置20的指令执行断电。指令可包括NVMe协议所规范的指令。且在断电的过程中，已发出的NVMe指令不必等待指令的响应，而是在指令送出后的任意时刻执行断电，这样的突然断电才能有效的攻击在装置韧体正在搬移或写入快闪记忆体22的动作。

接着执行步骤S1023，判断是否执行装置初始化断电测试。断电后，根据测试参数判断是否执行装置初始化断电测试B。若参数设定为需要执行装置初始化断电测试B，则进行步骤S1026。反之，若参数设定为不需要执行装置初始化断电测试B，则进行步骤S103。

执行装置初始化断电测试B时，于步骤S1023后，执行步骤S1026，储存装置上电。必须在发生断电后才能执行此流程。

然后，执行步骤S1027，将CC.EN设为1。依NVMe协议规范，测试设备10对NVMe的储存装置20暂存的CC.EN设为1时，测试设备10重复读取储存装置20的暂存数据中CSTS.RDY状态，直到由0转换成1为止。在转换的工程中，储存装置20必须遵守装置控制单元21的超时值。当转换成1，储存装置20已经准备完成，测试设备10可进一步对储存装置20下相关指令。

然后，执行步骤S1028，测试系统在平均初始化时间内断电。在CSTS.RDY转换的过程中，装置韧体有可能正在处理前次尚未完成的任务(可能为GC、WL或POR等)，或正在存取或搬动快闪记忆体22的资料。在此时刻加可程序化的参数并在流程中执行断电，将会有较大概率打中装置韧体处理各项复杂任务中的瑕疵。

接着，执行步骤S1029，判断是否满足装置初始化断电测试条件。储存装置20依测试规范判断是否完成指定测试的条件。若未满足指定的测试条件，则重新执行步骤S1026，继续对储存装置20进行设定条件的测试。若已满足指定的测试条件，则执行步骤S103。

在压力测试C中，将指令/流程断电测试A和装置初始化断电测试B融入整体的断电系统，并加可程序化的条件作为压力测试停止的依据。如此，可将各种可能发生的因素组合成一个系统，以达到可连续重复触发的目的。

然后，执行步骤S103，令储存装置20重新上电，并检查储存装置20的初始化时间是否正常。储存装置20在运行中指定时刻断电后，电力控制单元13重新供电给储存装置20。协议控制单元14依测试规范检查储存装置20的初始化时间是否正常。若正常，则执行步骤S104。若不正常，则表示测试失败。

紧接着，执行步骤S104，判断是否满足指定的指令断电测试的压力测试条件。当储存装置20完成指令/流程断电测试A或装置初始化断电测试B的测试后，依测试规范判断是否完成指定测试中相对应的指令断电测试条件。若未满足测试条件，则再执行步骤S102，对储存装置20进行设定条件的测试。若已满足指定的指令断电测试条件，则执行步骤S105。

之后，执行步骤S105，比对上述储存装置的关键数据是否正确。在判断储存装置20重新上电运行的初始化时间正常后，系统控制单元11进一步通过数据缓存单元15比对储存装置20中储存数据的关键数据的正确性，例如断电前写入的N笔数据的长度和位置及其他不会被覆盖的固定数据区域等。若关键数据正确，则执行步骤S106。若关键数据不正确，则表示测试失败。

最后，执行步骤S106，检查储存装置20是否满足测试条件。当储存装置20依序完成指定断电测试模式的测试、初始化时间的检查及储存数据关键数据的比对后，进一步依据测试规范判断是否完成指定测试方式、测试次数及测试循环的条件。若尚未满足指定的测试条件，则再执行步骤S101，对储存装置20进行设定条件的测试。若已满足指定的测试条件，则表示测试成功，并结束储存装置20的测试。

依本发明整体断电测试的原理描述，在断电之后跳至下一阶段，必须检查正常上电后NVMe的储存装置20的CSTS.RDY的初始化时间是否都在NVMe协议规范的超时时间内完成。若检查失败，则代表装置韧体可能在前次的断电影响下已经出现问题了，须重新检视该断电行为对装置韧体所造成的危害并修复。

经由上述的说明，本发明通过不正常断电测试设备及其不正常断电测试方法的设计，使其对NVMe的储存装置20的测试上有若干优点及实用价值。

首先，本发明可用指令断电测试来进行指定测试。与一般现有随机断电的测试方法不同，本发明可控制断电指令，使其发生在指令送出后的某时刻上，能更满足测试需求。

再者，本发明的流程断电测试可进行可程序化的测试设计，让测试可控制依NVMe协议的各种NVMe行为，并将其程序化控制，使断电发生在NVMe各种行为中，来达到控制特定行为断电的发生。

本发明的压力测试可运用在指令/流程断电测试与初始化断电测试上，增加工作负载的随机情境模拟或测试循环次数，藉此提升错误种类的数量，以验证储存装置20中装置韧体对不同错误种类的处理的妥善率。

另外，本发明藉可程序化的测试设计进行测试，供模拟在不正常断电下执行测试，以快速发现装置韧体潜在问题及算法漏洞，而提升储存装置的装置韧体的稳定性与可靠度。

综上所述，可理解本发明具极佳创意，有效解决现有问题，大幅增进功效，且在相同的技术领域中未见相同或近似的产品创作或公开使用。故本发明符合发明专利有关「新颖性」与「进步性」的要件，乃依法提出发明专利的申请。

Claims (7)

1.用于储存装置的不正常断电测试设备，其特征在于，依至少一测试规范，在至少一储存装置，模拟至少一工作负载，并于指定时刻执行至少一测试，该测试设备包括：

一系统控制单元，可运算、接受及回复测试时传送的指令；

一工作负载模拟单元，连接该系统控制单元，并可依指令对该储存装置执行要测试的各种工作负载模拟；

一电力控制单元，连接该系统控制单元，并可选择性连接该储存装置，且依指令执行该储存装置的断电与上电；

一协议控制单元，连接该系统控制单元，并可选择性连接该储存装置，且发送相关测试协议的指令；

一数据缓存单元，连接该系统控制单元，并可纪录关键数据和信息以检查该储存装置储存数据的正确性，其中该测试装置是可程序化。

2.如权利要求1所述的用于储存装置的不正常断电测试设备，其特征在于，该储存装置可以是NVMe的储存装置。

3.用于储存装置的不正常断电测试方法，其特征在于，依至少一测试规范，于至少一储存装置，模拟至少一工作负载，并于指定时刻执行至少一测试，该测试方法包括以下步骤：

步骤(S101)、使至少一储存装置执行至少一模拟工作负载的运行，之后执行步骤(S102)；

步骤(S102)、根据设定令上述储存装置进行至少一断电测试，该断电测试模式至少包含一指令/流程断电测试、一装置初始化断电测试或一压力测试，之后执行步骤(S103)；

步骤(S103)、令上述储存装置重新上电，并检查该储存装置的初始化时间是否正常，如果正常则执行步骤(S104)，若不正常则测试失败；

步骤(S104)、是否满足指定的指令断电测试的压力测试条件，当尚未满足测试条件，则重新执行步骤(S102)，如果已满足指定的指令断电测试条件则继续执行步骤(S105)；

步骤(S105)、比对上述储存装置的关键数据是否正确，如果正确则执行步骤(S106)，若不正常则测试失败；及

步骤(S106)、检查上述储存装置是否满足测试条件，若尚未满足测试条件，则回到执行步骤(S101)继续测试，如果满足条件测试条件，则测试成功并结束测试。

4.如权利要求3所述的用于储存装置的不正常断电测试方法，其特征在于，该指令/流程断电测试可以是一个指令断电测试、或由至少一个指令断电测试所组成的流程断电测试。

5.如权利要求3或4所述的用于储存装置的不正常断电测试方法，其特征在于，该测试模式可以是重复执行指令/流程断电测试或装置初始化断电测试的压力测试。

6.如权利要求3所述的用于储存装置的不正常断电测试方法，其特征在于，该步骤(S102)中，于断电后，有机率触发初始化断电测试模块，并根据初始化断电的压力测试条件，决定是否连续断上电，若未进入初始化断电测试，则继续执行步骤(S103)的正常上电流程。

7.如权利要求3所述的用于储存装置的不正常断电测试方法，其特征在于，该储存装置可以是NVMe的储存装置。

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