TWI442225B - 用於回復固態磁碟資料的系統與方法 - Google Patents

Description

用於回復固態磁碟資料的系統與方法

本發明基本上係有關於一種用於固態磁碟(solid state drive；SSD)之技術，特別是關於一種用於回復固態磁碟(SSD)資料之系統與方法。

固態磁碟(以下或簡稱SSD)可能隨著時間而磨損，因為該類磁碟賴以建立之NAND技術其程式/抹除周期之數目係有限的。隨著時間增加，SSD可能變成一抹除周期無法將NAND快閃區塊重置成可寫入狀態之狀況。此狀況之SSD即可以說是已然失效。設計以控制傳統軸轉式磁碟機之現行磁碟陣列控制器可能造成影響讀取及寫入之失效模式，使得該磁碟機無法使用。

然而，某些SSD可以提供一唯讀失效模式，此時儘管寫入指令造成失敗，但其仍可以成功地執行讀取指令。由於現行磁碟陣列控制器對於一失敗之寫入指令之典型反應係宣告該磁碟機失效，故此等控制器無法有效使用於上述之唯讀失效模式之SSD。

本揭示係針對一種用於回復固態磁碟(SSD)資料的系統與方法。

一種用於回復固態磁碟(SSD)資料的方法可以包含：偵測包含一或多個資料區塊之一失效SSD；接收一請求以寫入資料至該失效SSD之該一或多個資料區塊；將該資料寫入一運作磁碟之一或多個資料區塊；以及自該失效SSD及該運作磁碟之該一或多個資料區塊重建該失效SSD。

一種用於回復固態磁碟(SSD)資料的系統可以包含：用於偵測包含一或多個資料區塊之一失效SSD之裝置；用於接收一請求以寫入資料至該失效SSD之該一或多個資料區塊之裝置；用於將該資料寫入一運作磁碟之一或多個資料區塊之裝置；以及用於自該失效SSD及該運作磁碟之該一或多個資料區塊重建該失效SSD之裝置。

其應理解，上述之一般性說明以及以下之詳細說明均僅係解釋性及示範性，而非用以限定請求之權利範圍。所附之圖式被併入構成本說明書之一部分，用以例示所舉出之實例，其配合實施方式之說明以闡釋本揭示之原理。

以下詳細說明參照所附之圖式進行，該等圖式係說明書之一部分。在圖式之中，除非特別指明，否則相似之符號基本上代表相似之元件。詳細說明、圖式及申請專利範圍中所舉出之示範性實施例並非用以限定本發明之範圍。在未脫離本文呈現之主要內容之精神及範疇下，其可以舉用其他實施例，且可以對實施例進行修改。

圖1例示一範例系統，一或多個技術可以實施於其中。圖中顯示一資料儲存系統100包含一計算裝置101、一陣列控制器102、和一磁碟陣列103。上述之陣列控制器102可以包含磁碟管理電路/軟體，藉以使得陣列控制器102可以處理計算裝置101之讀取/寫入請求，計算裝置101存取磁碟陣列103上之各個磁碟機。磁碟陣列103可以由一或多個磁碟機組成，其包含至少一SSD 104以及至少一運作磁碟105。運作磁碟105可以是一SSD或一硬碟機(hard disk drive；以下或簡稱HDD)。

圖2例示一運作流程200，其表示有關SSD回復之範例動作。在圖2以及後續包含各種運作流程實例之圖式中，相關之說明和解釋可以是基於前述圖1中之實例，及/或基於其他實例及背景。然而其應理解，此等運作流程可以於許多其他環境和背景下及/或圖1之變異形式下執行，此外，雖然該等運作流程係以例示之順序呈現，但其亦應理解，各個動作可以以不同於例示之順序執行，或者是以並行式的方式執行。

在一開始動作之後，動作210例示偵測包含一或多個資料區塊之一失效SSD。舉例而言，如圖1所示，陣列控制器102可以偵測到磁碟陣列103再也無法處理對於磁碟陣列103之一資料區塊106之寫入指令。

動作220例示接收一請求以寫入資料至上述失效SSD之一或多個資料區塊。舉例而言，如圖1所示，陣列控制器102可以自計算裝置101接收一請求以寫入資料至SSD 104之資料區塊106。

動作230例示寫入資料至一運作磁碟之一或多個資料區塊。舉例而言，如圖1所示，陣列控制器102可以使得磁碟陣列103寫入資料至運作磁碟105之一資料區塊107。

動作240例示自上述失效SSD及上述運作磁碟之一或多個資料區塊重建該失效SSD。舉例而言，如圖1所示，陣列控制器102可以自SSD 104和運作磁碟105之目前內容將SSD 104重建至替代SSD 111。

圖3例示圖2之範例運作流程200之替代實施例。圖3例示之示範性實施例中，偵測動作210可以包含至少一額外之動作。額外之動作可以包含一動作302。

動作302例示偵測對於SSD之一或多個資料區塊之失敗寫入動作。舉例而言，如圖1所示，陣列控制器102可以偵測到磁碟陣列103再也無法處理針對磁碟陣列104之一資料區塊106之寫入指令。

圖4例示圖2之範例運作流程200之替代實施例。圖4例示之示範性實施例中，運作流程200可以包含至少一額外之動作。額外動作可以包含動作402及/或動作404。

動作402例示依據一寫入時轉向快照(redirect-on-write snapshot)方法寫入資料至一運作磁碟之一或多個資料區塊。例如，陣列控制器102可以使得SSD 104將新近之寫入資料放置於一與同一資料之先前寫入複本不同之位置。如圖7A所示，多個資料區段可以被寫入SSD 104。運作磁碟105可以是一已被抹除且已就緒而可寫入之SSD。如圖7B所示，對照表108A可以保存資料區塊與其相對之快閃區塊及記憶頁之對應關係。

如同前述關於動作210及220之描述，陣列控制器102可以接收一對於SSD 104中之區段210及211之寫入指令。萬一SSD 104之一或多個資料區塊被偵測到已失效，資料儲存系統100可以運用一寫入時轉向快照方法以維持SSD 104中資料之完整性。

如圖8A所示，陣列控制器102可以接受關於區段210及211之新資料並將其寫入運作磁碟105預先抹除之區域。SSD 104可以維持不變(圖8A被修改過以顯示SSD 104中區塊210及211之資料係"舊"的資料)。

對運作磁碟105之寫入完成之時，運作磁碟105之狀態如圖8A所示。資料區段210及211之舊複本可以留存於SSD 104之中，直到整個SSD 104被回收並抹除以備再次使用。陣列控制器102中之對照表108A可以被更新以反映資料區段210及211之新位址，如圖8B所顯示。

動作404例示對包含用於失效SSD和一運作SSD資料區塊對應之一或多個對照表進行更新。舉例而言，如圖1所示，陣列控制器102可以包含一或多個對照表(例如，對照表108A和對照表108B)，其保存記憶區塊元素之對應列表以及其在SSD 104及/或運作磁碟105中各自的快閃位址。

由於SSD 104可以對每一個收到之寫入指令執行一寫入時轉向動作，故SSD 104可以保存使用者資料之先前複本，其可用以重建目前之資料或是先前之快照資料而無效能上之降低。藉由加入一可以指向SSD 104中資料先前內容之額外對照表108B，資料儲存系統100可以提供對儲存於裝置中之資料之多重時間定點複本(point-in-time copy)之存取。

舉例而言，陣列控制器102可以接收一指令以在寫入區段210及211之前儲存資料之一時間定點複本。如圖7B所示，陣列控制器102可以保存圖7A所顯示之SSD位址之對照表108A之一複本，以做為對照表108A中時間定點複本之位址之指標。如圖8B所示，當磁卷更新時，顯示於圖8A之資料之目前狀況的指標可以維持於第二對照表108B之中。只要其有容納快照之空間且該快照並未被其他動作終止，陣列控制器102均可以保持該二對照表之複本。

圖5例示圖2之範例運作流程200之另一實施例。圖5例示之示範性實施例中，重建動作240可以包含至少一額外之動作。額外動作可以包含動作502及/或動作504。

動作502例示將失效SSD中尚未接收到寫入請求之一或多個資料區塊複製至一替代SSD。舉例而言，如圖1所示，陣列控制器102可以使得SSD 104尚未被寫入請求定址之部分(例如，未修改之資料區塊109)被複製入一替代SSD 111中之一資料區塊110。

動作504例示將運作磁碟之一或多個資料區塊複製入替代SSD。舉例而言，如圖1所示，陣列控制器102可以使得運作磁碟105曾因為對SSD 104之失敗寫入動作而被寫入之部份(例如，資料區塊107)被複製至替代SSD 111中之一資料區塊112。

圖6例示圖2之範例運作流程200之替代實施例。圖6例示之示範性實施例中，運作流程200可以包含至少一額外之動作。額外之動作可以包含一動作610。

動作610例示將針對運作磁碟之一或多個資料區塊之一讀取請求轉向至替代SSD之一或多個資料區塊。例如，如圖1所示，其可以是運作磁碟105包含一HDD之情況。由於SSD技術提供較HDD更快之讀取效能，故在來自HDD式運作磁碟105之資料區塊複製期間，陣列控制器102可以維持一指向曾被寫入替代SSD 111之資料區域之指標。當陣列控制器102接收到一針對已經被從HDD式運作磁碟105複製到替代SSD 111之資料(例如，資料區塊112)之讀取請求，陣列控制器102可以將該讀取請求轉向至替代SSD 111。據此，替代SSD 111可以服務部分之IO資料流，該等資料流本將由HDD式運作磁碟105和失效前之SSD 104服務，相較於此等IO全由運作磁碟105服務之情況，其得以維持較高之效能水準。

相信本發明以及其眾多優點均已經由以上說明而被充分理解。其亦相信許多在形式、架構以及組件配置上之修改顯然均能在未脫離本發明之範疇和精神或未犧牲其所有實質優點下達成。本文以上所描述之形成僅係本發明之示範性實施例。以下之申請專利範圍意圖包含該等修改之範疇。

前述詳細說明透過功能方塊圖、流程圖、及/或實例之舉用提出裝置及/或方法之各種實施例。在此等功能方塊圖、流程圖、及/或實例包含一或多個功能及/或動作之情形，相關領域之熟習者應能理解該等功能方塊圖、流程圖、或實例中之每一功能及/或動作均可以個別地及/或共同地實施成為數眾多之硬體、軟體、韌體、或其中實際上的任何組合。在一實施例中，文中描述之主要構件之許多部分均可以實施為特定用途積體電路(Application Specific Integrated Circuit；ASIC)、場域可程式化邏輯閘陣列(Field Programmable Gate Array；FPGA)、數位信號處理器(digital signal processor；DSP)或其他積體電路形式。然而習於斯藝之人士應能體認，本文所揭示實施例之一些特色，其部份或全部可以等效地實施為積體電路、執行於一或多具電腦上之一或多個電腦程式(例如，執行於一或多個電腦系統上之一或多個程式)、執行於一或多個處理器上之一或多個程式(例如，執行於一或多個微處理器上之一或多個程式)、韌體、或該等形式實際上之任意組合，且依據本文之揭示，前述電路之設計及/或軟體及/或韌體之編碼均將係習於斯藝者之技術能妥善達成的。

此外，習於斯藝者應能理解本文所述主要內容之機制均可以被散佈為各種形式之程式產品，且無論實際用以實行該散佈之信號承載媒體之形式為何，本文所述主要內容之示範性實施例均適用之。信號承載媒體之實例包含但不限於下列項目：諸如軟碟、硬碟機、光碟、數位視訊磁碟(Digital Video Disk；DVD)、數位磁帶、電腦記憶體等等之可記錄形式媒體；以及諸如數位及/或類比通信媒體之傳輸形式媒體(例如，光纖纜線、波導(waveguide)、有線通信連結、無線通信連結(例如，傳送器、接收器、傳送邏輯、接收邏輯等方式)等等)。

習於斯藝者應能體認目前之技術水準可能更加有所進展使得系統特性之實施在硬體、軟體、及/或韌體間有些微差異；硬體、軟體、及/或韌體之運用一般而言(但並非均是如此，某些情況下硬體及軟體之選擇極為重要)係代表成本和效率間孰輕孰重之設計考量。習於斯藝者應理解本文所述之方法及/或系統及/或其他技術可以藉由多種手段達成(例如，硬體、軟體、及/或韌體)，且較佳之手段隨著該等方法及/或系統及/或其他技術展用之環境不同而異。舉例而言，若實施者判定速度和精確度係首要考量，則實施者之選擇可能以硬體及/或韌體手段為主；或者，若彈性係首要考量，則實施之選擇可能以軟體方式為主；又或者，實施者亦可以選擇硬體、軟體、及/或韌體之特定組合。因此，本文所述之該等方法及/或裝置及/或其他技術之實現可以有許多可能之手段，沒有一種手段一定優於他種方式，因為任何手段之運用均取決於該手段展用之環境以及實施者之特定考量(例如，速度、彈性、或可預測性)，而這些均非固定不變的。習於斯藝之人士應能體認光學特性之實施基本上係應用光學式之硬體、軟體、及/或韌體。

100．．．大量儲存系統

101．．．計算裝置

102．．．陣列控制器

103．．．磁碟陣列

104．．．SSD

105．．．運作磁碟

106＆107．．．資料區塊

108A＆108B．．．對照表

109＆110．．．資料區塊

111．．．SSD

112．．．資料區塊

200．．．運作流程

210-240．．．用於回復固態磁碟(SSD)資料之方法之每一步驟

302．．．圖3之額外動作

402＆404．．．圖4之額外動作

502＆504．．．圖5之額外動作

610．．．圖6之額外動作

習於斯藝之人士藉由參照所附之圖式更能理解本揭示之許多優點，其中：

圖1顯示用於回復固態磁碟(SSD)資料的系統之一高階功能區塊圖。

圖2顯示一用於回復固態磁碟(SSD)資料之流程。

圖3顯示一用於回復固態磁碟(SSD)資料之流程。

圖4顯示一用於回復固態磁碟(SSD)資料之流程。

圖5顯示一用於回復固態磁碟(SSD)資料之流程。

圖6顯示一用於回復固態磁碟(SSD)資料之流程。

圖7A顯示一SSD之組態。

圖7B顯示一對照表之組態。

圖8A顯示一SSD之組態。

圖8B顯示一對照表之組態。

100．．．大量儲存系統

101．．．計算裝置

102．．．陣列控制器

103．．．磁碟陣列

104．．．SSD

105．．．運作磁碟

106＆107．．．資料區塊

108A＆108B．．．對照表

109＆110．．．資料區塊

111．．．SSD

112．．．資料區塊

Claims (15)

1. 一種用於回復固態磁碟(SSD)資料的方法，包含：偵測包含一或多個資料區塊之一失效SSD；接收一請求以寫入資料至該失效SSD之該一或多個資料區塊；寫入該資料至一運作磁碟之一或多個資料區塊；以及自該失效SSD及該運作磁碟之該一或多個資料區塊重建該失效SSD，其中該自該失效SSD及該運作磁碟之該一或多個資料區塊重建該失效SSD之步驟更包含：將該失效SSD中尚未接收到寫入請求之一或多個資料區塊複製至一替代SSD；以及將該運作磁碟之該一或多個資料區塊複製入該替代SSD。
2. 如申請專利範圍第1項所述之用於回復固態磁碟資料的方法，其中該偵測包含一或多個資料區塊之一失效SSD之步驟更包含：偵測對於該SSD之一或多個資料區塊之失敗寫入動作。
3. 如申請專利範圍第1項所述之用於回復固態磁碟資料的方法，其中該寫入該資料至一運作磁碟之一或多個資料區塊之步驟更包含：依據一寫入時轉向快照(redirect-on-write snapshot)方法寫入該資料至一運作磁碟之一或多個資料區塊。
4. 如申請專利範圍第1項所述之用於回復固態磁碟資料的方法，其中該寫入該資料至一運作磁碟之一或多個資料區塊之步驟更包含：對包含用於該失效SSD和一運作SSD資料區塊對應之一或多個對照表進行更新。
5. 如申請專利範圍第1項所述之用於回復固態磁碟資料的方法，其中該將該運作磁碟之該一或多個資料區塊複製入該替代SSD更包含：將一針對該運作磁碟之該一或多個資料區塊之讀取請求轉向至該替代SSD之一或多個資料區塊。
6. 一種用於回復固態磁碟(SSD)資料的系統，包含：用於偵測包含一或多個資料區塊之一失效SSD之裝置；用於接收一請求以寫入資料至該失效SSD之該一或多個資料區塊之裝置；用於寫入該資料至一運作磁碟之一或多個資料區塊之裝置；以及用於自該失效SSD及該運作磁碟之該一或多個資料區塊重建該失效SSD之裝置，其中該用於自該失效SSD及該運作磁碟之該一或多個資料區塊重建該失效SSD之裝置更包含：用於將該失效SSD中尚未接收到寫入請求之一或多個資料區塊複製至一替代SSD之裝置；以及用於將該運作磁碟之該一或多個資料區塊複製入 該替代SSD之裝置。
7. 如申請專利範圍第6項所述之用於回復固態磁碟資料的系統，其中該用於偵測包含一或多個資料區塊之一失效SSD之裝置更包含：用於偵測對於該SSD之一或多個資料區塊之失敗寫入動作之裝置。
8. 如申請專利範圍第6項所述之用於回復固態磁碟資料的系統，其中該用於寫入該資料至一運作磁碟之一或多個資料區塊之裝置更包含：用於依據一寫入時轉向快照方法寫入該資料至一運作磁碟之一或多個資料區塊之裝置。
9. 如申請專利範圍第6項所述之用於回復固態磁碟資料的系統，其中該用於寫入該資料至一運作磁碟之一或多個資料區塊之裝置更包含：用於對包含用於該失效SSD和一運作SSD資料區塊對應之一或多個對照表進行更新之裝置。
10. 如申請專利範圍第6項所述之用於回復固態磁碟資料的系統，其中該用於將該運作磁碟之該一或多個資料區塊複製入該替代SSD之裝置更包含：用於將一針對該運作磁碟之該一或多個資料區塊之讀取請求轉向至該替代SSD之一或多個資料區塊之裝置。
11. 一種用於回復固態磁碟(SSD)資料的系統，包含：用於偵測包含一或多個資料區塊之一失效SSD之電路； 用於接收一請求以寫入資料至該失效SSD之該一或多個資料區塊之電路；用以寫入該資料至一運作磁碟之一或多個資料區塊之電路；以及用於自該失效SSD及該運作磁碟之該一或多個資料區塊重建該失效SSD之電路，其中該用於自該失效SSD及該運作磁碟之該一或多個資料區塊重建該失效SSD之電路更包含：用於將該失效SSD中尚未接收到寫入請求之一或多個資料區塊複製至一替代SSD之電路；以及用於將該運作磁碟之該一或多個資料區塊複製入該替代SSD之電路。
12. 如申請專利範圍第11項所述之用於回復固態磁碟資料的系統，其中該用於偵測包含一或多個資料區塊之一失效SSD之電路更包含：用於偵測對於該SSD之一或多個資料區塊之失敗寫入動作之電路。
13. 如申請專利範圍第11項所述之用於回復固態磁碟資料的系統，其中該用於寫入該資料至一運作磁碟之一或多個資料區塊之電路更包含：用以依據一寫入時轉向快照方法寫入該資料至一運作磁碟之一或多個資料區塊之電路。
14. 如申請專利範圍第11項所述之用於回復固態磁碟資料的系統，其中該用於寫入該資料至一運作磁碟之一或 多個資料區塊之電路更包含：用以對包含用於該失效SSD和一運作SSD資料區塊對應之一或多個對照表進行更新之電路。
15. 如申請專利範圍第11項所述之用於回復固態磁碟資料的系統，其中該用於將該運作磁碟之該一或多個資料區塊複製入該替代SSD之電路更包含：用於將一針對該運作磁碟之該一或多個資料區塊之讀取請求轉向至該替代SSD之一或多個資料區塊之電路。