TWI567559B - 斷電保護系統及其方法 - Google Patents

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周樂生
施思勤
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廣達電腦股份有限公司
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Description

斷電保護系統及其方法
本發明係有關於電腦系統中之斷電資料保護(power loss protection，PLP)，特別是有關於斷電保護系統及其方法。
資料裝置在突然斷電之事件發生時往往對資料丟失是相當脆弱的，因此通常需要透過逐漸斷電的過程以保護資料的完整性。舉例來說，在逐漸斷電的過程中，系統可適當地儲存未保全之資料以確保資料完整性。
斷電保護(PLP)技術可利用具有足夠電容值之電容器以提供逐漸斷電之功能。在正常操作下，電容器會充電。當偵測到系統斷電時，電容器可提供需要的電力以適當地保護會被曝露在資料丟失的風險下的系統及使用者資料。
電容式的斷電保護技術可提供儲存裝置遇到未預期之資料的一資料保護方式。然而，高密度的儲存裝置，例如是在一儲存區域網路(storage area network，SAN)，對提供一有效率且經濟的斷電保護技術是一種挑戰。
本發明之不同態樣係揭示了可利用與一備用電源供應器進行通訊之一管理中央處理器以致能充份之電源移除的技術。藉由利用相對不貴的管理中央處理器，本發明可達到保護大量的儲存裝置之資料保護的作用，且具有高效率及可擴充性。
依據本發明一些實施例，本發明係提供一種用於運算裝置之斷電保護方法，包括：利用與一運算裝置中之一儲存裝置有關的一資料保護控制器偵測表示該運算裝置之斷電的一信號；依據該信號，利用該運算裝置之一備用電源單元所提供之電源產生一輸入/輸出中斷信號給與該儲存裝置有關之一交換器裝置；產生一清空快取指令給該運算裝置之一儲存控制器；傳送該輸入/輸出中斷指令至該交換器裝置，其中該交換器裝置係用以禁能至少一輸入/輸出指令之傳輸；傳送該清空快取指令至該交換器裝置，其中該交換器裝置係用以傳送該清空快取指令至該運算裝置之該儲存控制器；以及執行該運算裝置之一正常斷電程序。
依據本發明一些實施例，在產生指令以初始化該正常斷電程序之前，該資料保護控制器係等待介於偵測該信號及產生該輸入/輸出中斷信號之間的一預定時間以等待該運算裝置之電力回復，其中該預定時間係依據該備用電源單元提供充份電力至該運算裝置以避免資料丟失之一部份時間所決定。
依據本發明一些實施例，一管理中央處理器，例如是一資料保護控制器，可與一PCIe交換器進行通訊以提供漸進或正常電源移除程序。一管理中央處理器可藉由監控輸入電 力線以偵測一運算裝置之斷電。該管理中央處理器可接著發送指令至一PCIe交換器以拒絕來自主控裝置之新的I/O指令(例如使用者資料)。該管理中央處理器亦可發送一更新快取指令至該PCIe交換器，其可廣播該更新快取指令至各個相關的儲存裝置，使得未保存之系統資料及使用者資料可被適當地儲存並接著回復。
依據本發明一些實施例，該管理中央處理器可為一x86基礎式的中央處理器、或是ARM基礎式的中央處理器。一基板管理控制器，例如使用ARM基礎式中央處理器，可用以管理並監控在主機板上的主要中央處理器及週邊裝置。舉例來說，舉例來說，基板管理控制器可利用智慧平台管理介面(Intelligent Platform Management Interface，IPMI)訊息與其他內部運算元件進行通訊。基板管理控制器可利用遠端管理控制協定(Remote Management Control Protocol，RMCP)與外部運算裝置進行通訊。選擇性地，在區域網路中，基板管理控制器可利用RMCP+以取代IPMI與外部裝置進行通訊。此外，其他伺服控制器，例如是機架管理控制器(Rack Management Controller，RMC)，可致能一漸進電源移除程序。
依據本發明一些實施例，一儲存裝置可為任意儲存媒體，用以儲存程式指令或資料持續一段時間。舉例來說，儲存裝置可為一固態硬碟機(SSD)、硬碟機(HDD)、一快閃磁碟機、或其組合。
依據本發明一些實施例，一備用電源單元係為一額外的電源供應器，用以提供充份的電源以讓系統可漸近地斷 電。舉例來說，備用電源單元可為一不斷電電源供應單元(UPS)。
雖然本發明已參考PCIe匯流排而揭示了多個實施例，需了解的是這些實施例僅為例子，且本發明並不限於此。此外，可提供電腦元件之連接的任何系統匯流排均可使用，例如是ISA匯流排、或VESA Local Bus(VLB)匯流排。
除此之外，儘管本發明係使用固態硬碟機做為儲存裝置之例子，本發明亦可用於其他儲存裝置或是元件，可承受未預期之斷電的資料損失，例如是硬碟機或快閃磁碟機。
本發明中之額外的功能及優點將會在後面說明中揭示，且部分可由後述說明書中清楚了解，或是可由所揭示的原則經由練習而學得。本發明之功能及優點可由後述申請專利範圍中所特別指出的儀器或裝置的組合而實現及獲得。本發明之這些及其他特點會由後述之說明書及申請專利範圍而變得更清楚、或是可由本發明所揭示之原則經由練習而學得。
100‧‧‧伺服器
102‧‧‧主控運算系統
103‧‧‧處理器
104‧‧‧儲存控制器
105‧‧‧基本輸入輸出系統
106‧‧‧PCIe交換器
108‧‧‧固態硬碟機
110‧‧‧固態硬碟控制器
112‧‧‧揮發性快取
114‧‧‧非揮發性儲存裝置
116‧‧‧資料保護控制器
117‧‧‧資料保護單元
118‧‧‧備用電源單元
200‧‧‧伺服器
202‧‧‧主控運算系統
203‧‧‧處理器
204‧‧‧儲存控制器
205‧‧‧基本輸入輸出系統
206、220‧‧‧PCIe交換器
208、222‧‧‧固態硬碟機
210、224‧‧‧固態硬碟控制器
212、226‧‧‧揮發性快取
214、228‧‧‧非揮發性儲存裝置
216‧‧‧資料保護控制器
217‧‧‧資料保護單元
218‧‧‧備用電源單元
302‧‧‧PCIe交換器
304‧‧‧記憶體
306‧‧‧中央處理器
308‧‧‧應用導向積體電路
316‧‧‧PCIe匯流排
310、312、314‧‧‧埠
318‧‧‧應用導向積體電路模組資料庫
322‧‧‧應用導向積體電路模組
324‧‧‧應用導向積體電路設定
400、500‧‧‧方法
402-412、502-512‧‧‧步驟
600‧‧‧運算平台
602‧‧‧資料保護控制器
604‧‧‧處理器
606‧‧‧系統記憶體
608‧‧‧輸入裝置
610‧‧‧網路介面
612‧‧‧顯示器
614‧‧‧儲存裝置
618‧‧‧匯流排
第1圖係顯示本發明一實施例中具有一PCIe交換器及一固態硬碟之一伺服器的功能方塊圖。
第2圖係顯示依據本發明一實施例中與多個固態硬碟機有關之多個PCIe交換器的功能方塊圖。
第3圖係顯示依據本發明一實施例中之PCIe交換器的功能方塊圖。
第4圖係顯示依據本發明一實施例中之斷電保護系統之一流程圖。
第5圖係顯示依據本發明另一實施例中之斷電保護系統之流程圖。
第6圖係顯示依據本發明一實施例中用於實現第1~5圖中之系統及流程的運算平台的系統架構圖。
本發明技術之多個實施例係在下述章節進行詳細介紹。當介紹特定的實施方式時，需了解的是這僅為說明之用。熟習本發明相關領域中人員可了解可在不偏離本發明技術之精神及範圍內使用其他的元件及組態設定。
具有大量儲存裝置(例如固態硬碟)的資料中心常被曝露於由極端氣候、電力網失效、或是系統故障而造成的未預期斷電。未預期的斷電會導致嚴重且不能挽回的資料損失，某些資料裝置具有嵌入式的斷電保護技術以減少資料損失的可能性。
斷電保護技術係利用板上的電容器，可在突然的電力移除時讓系統得以充份地關機。系統充份關機包括了傳送指令(例如立即待機指令)至儲存裝置，表示電源可能被緊急移除。儲存裝置則會將揮發性之快取內容或是在傳輸中的資料傳送至永久儲存媒體。此外，一主控系統驅動程式可傳送這些指令至儲存裝置。
然而，此斷電保護技術需要昂貴的高效能電容器 (例如電解質鉭電容器或是鋁電容器)安裝至儲存裝置上，這會增加設計難度及製造成本。因此，電容式的斷電保護技術並不適合叢集化的運算環境，特別是大量的儲存裝置需要被保護以防止資料丟失。
因此，需要為儲存裝置提供一種有效率的資料保護方法及系統，其可提供斷電保護及運算可擴充性(computing scalability)。
第1圖係顯示本發明一實施例中具有一PCIe交換器及一固態硬碟之一伺服器的功能方塊圖。需了解的是第1圖中所示之拓撲僅為一例子，任何數量的伺服器、固態硬碟、及網路元件可包含於第1圖中之系統。
伺服器100包括一主控運算系統102，可與一PCIe交換器106、一資料保護控制器116、備用電源單元118、及一固態硬碟機108進行通訊。當主控運算系統102遭遇到突然斷電時，資料保護控制器116可偵測表示斷電之信號，例如是接收來自主控運算系統102之一電源信號。回應斷電信號，資料保護控制器116可使用由備用電源單元118所供應之電源以產生多個指令以初始化伺服器100之漸進或正常的斷電程序。
主控運算系統102可為任意與儲存裝置有關之適合的主控裝置。主控運算系統102可包括儲存控制器104用以處理在主控運算系統102及固態硬碟機108之間的使用者資料及系統資料。舉例來說，儲存控制器104可發送I/O指令至固態硬碟機108。此外，主控運算系統102可包括額外的機制以確保資料完整性，例如是磁碟回復(disk recovery)機制。
BIOS 105可為任意程式指令或是韌體，用以初始化並辨識主控運算系統102中的不同元件，包括鍵盤、顯示器、資料儲存裝置、及其他輸入或輸出裝置。BIOS 105可儲存於一儲存裝置(未繪示)，且可在開機過程中由處理器103所存取。
處理器103可為一中央處理器(CPU)，用以執行特定功能之程式指令。舉例來說，在開機過程中，處理器103可存取儲存於BIOS記憶體中之BIOS 105，並執行BIOS 105以初始化主控運算系統102。在開機過程中，處理器103可執行軟體指令以辨識及管理固態硬碟機108。
P CIe交換器106可為一PCIe主控匯流排配接器(host bus adapter)，可用以實現在伺服器100中之PCIe系統匯流排。PCIe系統匯流排可致能運算元件，包括處理器、晶片組、快取、記憶體、擴充卡、及儲存裝置，以互相進行通訊。PCIe匯流排係為一高速序列運算I/O系統匯流排以連接不同的週邊裝置。經由利用點對點之序列線以取代分享式的平行匯流排架構，PCIe匯流排可提供高速頻寬及低延遲之資料傳輸，例如對於4.0版本之16線槽，在各方向可超過30GB/秒。
除了PCIe匯流排之外，本發明之技術可使用其他由主控匯流排配接器所實現之系統匯流排，例如是Serial ATA Express(SATA)配接器或是Serial-attached SCSI(SAS)配接器。
固態硬碟機108可使用整合之電路元件以組合為記憶體以儲存資料。與電磁磁碟相比，固態硬碟機108可提供技術上之優點，包括物理損壞之抵抗力及較低的資料存取延遲。此外，在此處之實施例可用於其他用於儲存程式指令或資 料一段時間之儲存媒體。舉例來說，儲存媒體可為快閃磁碟機、硬碟機、或是其組合。
揮發性快取112可為一高速隨機存取記憶體(RAM)，用以在有電力提供時可維持資料。舉例來說，揮發性快取112可包括一靜態隨機存取記憶體(SRAM)，其可提供快速的資料存儲及取出。選擇性地，揮發性快取112可包括一動態隨機存取記憶體，可持續地更新以處理資料。揮發性快取112可獨立於固態硬碟控制器110或是嵌入於固態硬碟控制器110中。
依據一些實施例，揮發性快取112可用以儲存詮釋資料表(metadata table)。詮釋資料表係用以儲存虛擬及實體的對應資訊以實現快閃轉譯機制(flash-translation mechanism)，在快閃轉譯機制中，在非揮發性儲存裝置114中之資料的經常配置需要(1)通知作業系統虛擬資料位置資訊；及(2)持續地轉譯該虛擬資料位置資至非揮發性儲存裝置114中之變化的實體位置。由於資料經常改變，至少有部分的詮釋資料表係儲存至揮發性快取112以改善存取時間。此外，揮發性快取112可用以暫時儲存其他未提交(uncommitted)使用者資料及系統資料。在斷電程序中，在接收到一清空快取指令(flush cache command)後，儲存於揮發性快取112之資料可儲存至非揮發性儲存裝置114，細節在後面章節將會說明。
非揮發性儲存裝置114可為任意儲存媒體，其可以在電源關閉時仍可維持資料。舉例來說，非揮發性儲存裝置114可為非揮發性快閃記憶體，例如是一反及閘(NAND)記憶體、 一反或閘(NOR)記憶體、或其組合。
資料保護控制器116可為任何管理處理器，其可在突然斷電之事件發性時管理資料保護。依據一些實施例，資料保護控制器116可為一基板管理控制器(baseboard management controller，BMC)。在一些實施例中，基板管理控制器係為一獨立及嵌入的管理處理器，用以管理及監控主要中央處理器及主機板上的週邊裝置。舉例來說，基板管理控制器可利用智慧平台管理介面(Intelligent Platform Management Interface，IPMI)訊息與其他內部運算元件進行通訊。基板管理控制器可利用遠端管理控制協定(Remote Management Control Protocol，RMCP)與外部運算裝置進行通訊。選擇性地，在區域網路中，基板管理控制器可利用RMCP+以取代IPMI與外部裝置進行通訊。此外，其他伺服控制器，例如是機架管理控制器(Rack Management Controller，RMC)，可致能一漸進電源移除程序。
資料保護單元117可為一嵌入電路，或是軟體指令，其當被執行時，可用以提供固態硬碟機108之資料保護。舉例來說，資料保護單元117可藉由接收表示斷電之一電源信號以偵測主控運算系統102之斷電。資料保護單元117更可接收來自與主控運算系統102中之一整流電源供應器(未繪示)有關的一電壓計的信號。
請參考第1圖，當接收到斷電信號，資料保護單元117或資料保護控制器116可產生輸入/輸出中斷信號，其可讓PCIe交換器106停止由儲存控制器104接收I/O指令。舉例來說，PCIe交換器106可禁能(disable)來自儲存控制器104之I/O指 令的傳輸。
資料保護單元117或資料保護控制器116更可產生清空快取指令，並傳送至PCIe交換器106。PCIe交換器106可接著透過PCIe系統介面傳送或廣播該清空快取指令至固態硬碟控制器110，其用以依序儲存在揮發性快取112中未被儲存之資料至非揮發性儲存裝置114。
固態硬碟控制器110可為任意微控制器，用以執行與固態硬碟機108有關之韌體層軟體指令。回應該清空快取指令，固態硬碟控制器110可利用來自備用電源單元118所提供之電力以儲存來自揮發性快取112中未被儲存之資料至非揮發性儲存裝置114。曝露於斷電而未被儲存之資料包括：(1)在主控系統及儲存裝置間傳送中的使用者資料及系統資料；及(2)暫存於儲存裝置中之揮發性快取之未提交的資料。
舉例來說，傳送中的使用者資料可為I/O寫入指令，其已離開主控運算系統102，但未到達固態硬碟控制器110。I/O寫入指令可為新的或修改過的使用者資料或系統資料。另一方面，當I/O讀取指令與請求讀取已存在於非揮發性儲存裝置114之資料相關時，I/O讀取指令並不受資料丟失之影響。依據一些實施例，固態硬碟控制器110可提供傳送中的使用者資料至非揮發性儲存裝置114。
未提交之資料可為任意資料，其係暫存於揮發性記憶體112，且當揮發性記憶體112斷電時會丟失。舉例來說，這些未提交的料可包括系統資料，例如是前面實施例所述之詮釋資料表。當接收到來自PCIe交換器106之刷新指令時，固態 硬碟控制器110可將儲存於揮發性快取112中之詮釋資料表同步至非揮發性儲存裝置114以防止資料丟失。
當偵測到主控運算系統102之斷電，備用電源單元118係用以提供額外之電力以讓伺服器110可正常地關機(clean shutdown)。備用電源單元118可為任意備用電源供應器，其可在主要輸入電力失效時提供緊急電力至系統。舉例來說，備用電源單元118可一不中斷電源供應器(uninterruptable power supply，UPS)、一普通電池、或其組合。
更進一步而言，在產生清空快取指令前，資料保護控制器116可等待一預定時間(例如數秒)以等待主控運算系統102之電力回復。在此預定時間時，備用電源單元118可提供需要的電力至主控運算系統102以進行正常運作。此功能可在短暫斷電事件發生時避免非必要的關機。此外，資料保護控制器116可決定該預定時間，使得備用電源單元118可提供足夠的電力至主控運算系統102以進行正常操作。接近該預定時間時，若主要電源仍然未回復，資料保護控制器116可初始化一正常關機程序，包括產生：(1)一I/O中斷指令以禁能PCIe交換器106接收更多的I/O指令；及(2)至PCIe交換器106的清空快取指令以傳送至固態硬碟機108以進行正常關機程序。
依據一些實施例，固態硬碟控制器110可產生一確認信號(acknowledge signal)以表示所有未儲存的資料已被提交至非揮發性儲存裝置114。固態硬碟控制器110可傳送確認信號至PCIe交換器106及資料保護控制器116，其可依序移除來自備用電源單元118之電源。
第2圖係顯示依據本發明一實施例中與多個固態硬碟機有關之多個PCIe交換器的功能方塊圖。需了解的是第2圖中的拓撲僅為一例子，任何數量的伺服器、固態硬碟、及網路元件可包含於第2圖中之系統。
伺服器200可包括與複數個PCIe交換器(至少為PCIe交換器206及220)、資料保護控制器216、備用電源單元218、及複數個固態硬碟機(至少包括固態硬碟機208及222)進行通訊之一主控運算系統202。如第2圖所示，個別的PCIe交換器係用以與個別的固態硬碟機進行通訊。
主控運算系統202可為與複數個儲存裝置進行通訊之適合的任意主控裝置。主控運算系統202可包括儲存控制器204用以處理在主控運算系統202及固態硬碟機208及222之間的使用者資料及系統資料。舉例來說，儲存控制器204可發送I/O指令至固態硬碟機208及222。此外，主控運算系統202可包括額外的機制以確保資料完整性，例如是磁碟回復(disk recovery)機制。
BIOS 205可為任意程式指令或是韌體，用以初始化並辨識主控運算系統202中的不同元件，包括鍵盤、顯示器、資料儲存裝置、及其他輸入或輸出裝置。BIOS 205可儲存於一儲存裝置(未繪示)，且可在開機過程中由處理器203所存取。
處理器203可為一中央處理器(CPU)，用以執行特定功能之程式指令。舉例來說，在開機過程中，處理器203可存取儲存於BIOS記憶體中之BIOS 205，並執行BIOS 205以初始化主控運算系統202。在開機過程中，處理器203可執行軟體指 令以分別辨識及管理固態硬碟機208及222。
PCIe交換器206及220可為一PCIe主控匯流排配接器(host bus adapter)，可用以實現在伺服器200中之PCIe系統匯流排。除了PCIe匯流排之外，本發明之技術可使用其他由主控匯流排配接器所實現之系統匯流排，例如是Serial ATA Express(SATA)配接器或是Serial-attached SCSI(SAS)配接器。
固態硬碟機208及222可使用整合之電路元件以組合為記憶體以儲存資料。固態硬碟機208可包括但非限定於揮發性快取212及非揮發性儲存裝置214。類似地，固態硬碟機222可包括但非限定於揮發性快取226及非揮發性儲存裝置228。此外，在此處之實施例可用於其他用於儲存程式指令或資料一段時間之儲存媒體。舉例來說，儲存媒體可為快閃磁碟機、硬碟機、或是其組合。
依據本發明之一些實施例，一固態硬碟機(例如固態硬碟機208)係與一唯一辨識符(unique identifier)有關，例如是廣域唯一辨識符(GUID)或是全域唯一辨識符(UUID)，用以分辨其他網路元件。一廣域唯一辨識符可具有128位元之數值，且係以32個16位元之數值以連字號分群顯示，例如是3AEC1226-BA34-4069-CD45-12007C340981。全域唯一辨識符亦可具有128位元之數值，且可以類似於廣域唯一辨識符之格式顯示。
揮發性快取212可為一高速隨機存取記憶體(RAM)，用以在有電力提供時可維持資料。舉例來說，揮發性快取212可包括一靜態隨機存取記憶體(SRAM)，其可提供快速 的資料存儲及取出。選擇性地，揮發性快取212可包括一動態隨機存取記憶體，可持續地更新以處理資料。揮發性快取212可獨立於固態硬碟控制器210或是嵌入於固態硬碟控制器210中。
依據一些實施例，揮發性快取212可用以儲存詮釋資料表(metadata table)。詮釋資料表係用以儲存虛擬及實體的對應資訊以實現快閃轉譯機制(flash-translation mechanism)。由於資料經常改變，至少有部分的詮釋資料表係儲存至揮發性快取212以改善存取時間。此外，揮發性快取212可用以暫時儲存其他未提交(uncommitted)使用者資料及系統資料。在斷電程序中，在接收到一清空快取指令(flush cache command)後，儲存於揮發性快取212之資料可提交至非揮發性儲存裝置214以避免資料丟失。
非揮發性儲存裝置214可為任意儲存媒體，其可以在電源關閉時仍可維持資料。舉例來說，非揮發性儲存裝置214可為非揮發性快閃記憶體，例如是一反及閘(NAND)記憶體、一反或閘(NOR)記憶體、或其組合。
資料保護控制器216可為任何管理處理器，其可在突然斷電之事件發性時管理資料保護。依據一些實施例，資料保護控制器116可為一基板管理控制器(baseboard management controller，BMC)。在一些實施例中，資料保護控制器216係包括資料保護單元217。
資料保護單元217可為一嵌入電路，或是軟體指令，其當被執行時，可用以提供固態硬碟機208及222之資料保 護。舉例來說，資料保護單元217可藉由接收表示斷電之一電源信號以偵測主控運算系統202之斷電。資料保護單元217更可接收來自與主控運算系統202中之一整流電源供應器(未繪示)有關的一電壓計的信號。
當接收到斷電信號，資料保護單元217或資料保護控制器216可產生輸入/輸出中斷信號，其可讓複數個PCIe交換器停止由儲存控制器204接收I/O指令。舉例來說，PCIe交換器206可禁能(disable)來自儲存控制器204之I/O指令的傳輸。
資料保護單元217或資料保護控制器216更可產生清空快取指令，並分別傳送至PCIe交換器206及220。舉例來說，PCIe交換器206可接著透過PCIe系統介面傳送或廣播該清空快取指令至固態硬碟控制器210，其用以依序儲存在揮發性快取212中未被儲存之資料至非揮發性儲存裝置214。類似地，PCIe交換器220可廣播該清空快取指令至其相關的固態硬碟控制器224以刷新未被儲存的資料至非揮發性儲存裝置228。
請再參考第2圖，當主控運算系統202遭遇到突然斷電時，資料保護控制器216可偵測表示斷電之信號，例如是接收來自主控運算系統202之一電源信號。回應斷電信號，資料保護控制器216可產生I/O中斷指令至PCIe交換器206及220。I/O中斷指令可致能PCIe交換器206及220以停止接收來自儲存控制器204之I/O寫入指令及I/O讀取指令。
固態硬碟控制器210及224可為任意微控制器，用以執行與固態硬碟機有關之韌體層軟體指令。回應該清空快取指令，固態硬碟控制器210可利用來自備用電源單元218所提供 之電力以儲存來自揮發性快取212中未被儲存之資料至非揮發性儲存裝置214。曝露於斷電而未被儲存之資料包括：在主控系統及儲存裝置間傳送中的使用者資料及系統資料及暫存於儲存裝置中之揮發性快取之未提交的資料。當接收到來自PCIe交換器206之刷新指令，固態硬碟控制器210可提交傳送中的使用者資料至非揮發性儲存裝置214，並將儲存於揮發性快取212之詮釋資料表同步至非揮發性儲存裝置214以避免資料丟失。
當偵測到主控運算系統202之斷電，備用電源單元218係用以提供額外之電力以讓伺服器200可正常地關機。備用電源單元218可為任意備用電源供應器，其可在主要輸入電力失效時提供緊急電力至系統。舉例來說，備用電源單元218可一不中斷電源供應器(uninterruptable power supply，UPS)、一普通電池、或其組合。
更進一步而言，在產生清空快取指令前，資料保護控制器216可等待一預定時間(例如數秒)以等待主控運算系統202之電力回復。在此預定時間時，備用電源單元218可提供需要的電力至主控運算系統202以進行正常運作。此功能可在短暫斷電事件發生時避免非必要的關機。
此外，資料保護控制器216可決定一估計時間，使得備用電源單元218可提供足夠的電力至主控運算系統202以進行正常操作。接近該估計時間時，資料保護控制器216可產生清空快取指令以傳送至PCIe交換器以傳送至固態硬碟機以進行正常關機程序。
依據一些實施例，固態硬碟控制器210及222可產 生一確認信號以表示所有未儲存的資料已被提交至非揮發性儲存裝置214。固態硬碟控制器210可傳送確認信號至PCIe交換器206及資料保護控制器216，其可依序移除來自備用電源單元218之電源。此外，固態硬碟控制器210可包括與固態硬碟機208有關之一唯一辨識符(例如是GUID或UUID)，用以讓資料保護控制器216進行分辨。
第3圖係顯示依據本發明一實施例中之PCIe交換器的功能方塊圖。一PCIe交換器可包括一中央處理器(CPU)及應用導向積體電路(ASIC)，其可用以提供資料交換功能。舉例來說，PCIe交換器302可包括，但非限定，記憶體304、中央處理器306、應用導向積體電路308、及複數個埠310、312及314。
依據本發明一些實施例，中央處理器306係經由PCIe匯流排316而連接至應用導向積體電路308。應用導向積體電路308可為一交換器IC，其包括一交換器控制器、一記憶體、及I/O介面(未繪示)。依據本發明一些實施例，應用導向積體電路308係與應用導向積體電路設定324有關，例如是將一埠相關聯至相應的MAC位址之查找表。舉例來說，PCIe交換器302可藉由分辨在封包檔頭中的目的MAC位址以決定一封包之轉送路徑。這可更進一步將目的MAC位址與相應的輸出埠相聯結。更進一步而言，應用導向積體電路308可藉由例如是以太網路之一上行線路將封包傳送至網路。
依據本發明一些實施例，PCIe交換器302可包括記憶體304用以儲存交換相關的資料。記憶體304，舉例來說，可為一雙在線記憶體模組(DIMM)，其可包括一群組之動態隨機 存取記憶體。記憶體技術係為本發明領域之人員之習知技術，故更進一步之細節於此不再贅述。
依據本發明一些實施例，中央處理器306可執行應用導向積體電路模組322並產生應用導向積體電路模組資料庫318，其可儲存於記憶體304中。應用導向積體電路模組資料庫318可儲存多種網路參數，例如，將應用導向積體電路設定324映射至網路功能。
依據本發明一些實施例，PCIe交換器302可更包括一埠群組，例如埠310、312及314，其中各埠係與一網路裝置有關，例如是一固態硬碟機或是一運算節點。此外，這些埠的一或多者可為輸入埠或輸出埠以進行封包交換。
第4圖係顯示依據本發明一實施例中之斷電保護系統之一流程圖。需了解的是，除非特別聲明，該流程在本發明之不同實施例的範圍內由額外的、較少的、或是選擇性的步驟以類似或選擇性的順序、或是平行地執行。
在步驟402，資料保護控制器接收表示一運算裝置之斷電的一信號。舉例來說，請參考第1圖，資料保護控制器116可為任意管理中央處理器，其在發生突然斷電事件時管理資料保護。依據本發明一些實施例，資料保護控制器116可為一基板管理控制器(BMC)。資料保護控制器可包括一資料保護單元117，其可用以提供固態硬碟機108之資料保護。舉例來說，資料保護單元117可藉由接收表示斷電之一電源信號以偵測主控運算系統102之斷電。資料保護單元117更可接收來自與主控運算系統102中之一整流電源供應器(未繪示)有關的一電 壓計的信號。
在步驟404，該資料保護控制器係使用由一備用電源單元所供應之電源為一交換器裝置產生一I/O中斷指令。舉例來說，當接收到斷電信號，資料保護單元117或是資料保護控制器116可產生I/O中斷指令，其可讓阻止PCIe交換器106接收來自儲存控制器104之I/O指令。舉例來說，PCIe交換器106可禁能來自儲存控制器104之I/O指令的傳輸。
在步驟406，該資料保護控制器更為與該運算裝置有關之一儲存控制器產生一刷新指令。舉例來說，資料保護單元117或資料保護控制器116更可產生清空快取指令，並傳送至PCIe交換器106。PCIe交換器106可接著透過PCIe系統介面傳送或廣播該清空快取指令至固態硬碟控制器110，其用以依序儲存在揮發性快取112中未被儲存之資料至非揮發性儲存裝置114。
在步驟408，該資料保護控制器係傳送該I/O中斷指令至該交換器裝置，其中該交換器裝置用以禁能來自該主控系統之至少一I/O指令的傳輸。舉例來說，該I/O中斷指令可致能PCIe交換器106停止接收來自儲存控制器104之I/O寫入指令及I/O讀取指令。
在步驟S410，該資料保護控制器係傳送該清空快取指令至該交換器裝置，其中該交換器裝置係用以傳送該清空快取指令至該運算裝置之該儲存控制器。舉例來說，固態硬碟控制器110可為任意微控制器，用以執行與固態硬碟機108有關之韌體層軟體指令。回應該清空快取指令，固態硬碟控制器110 可利用來自備用電源單元118所提供之電力以儲存來自揮發性快取112中未被儲存之資料至非揮發性儲存裝置114。曝露於斷電而未被儲存之資料包括：在主控系統及儲存裝置間傳送中的使用者資料及系統資料，以及暫存於儲存裝置中之揮發性快取之未提交的資料。
在步驟412，該運算裝置係執行一正常關機程序。舉例來說，在該正常關機程序中，未被儲存的資料，包括在揮發性快取中之傳送中的使用者/系統資料及未提交的資料可適當地儲存至非揮發性儲存裝置以避免資料丟失。在正常關機程序中，可執行額外的機制以保留系統完整性。
第5圖係顯示依據本發明另一實施例中之斷電保護系統之流程圖。需了解的是，除非特別聲明，該流程在本發明之不同實施例的範圍內由額外的、較少的、或是選擇性的步驟以類似或選擇性的順序、或是平行地執行。
在步驟502，資料保護控制器接收表示一運算裝置之斷電的一信號。舉例來說，請參考第2圖，資料保護控制器216可為任意管理中央處理器，其在發生突然斷電事件時管理資料保護。依據本發明一些實施例，資料保護控制器216可為一基板管理控制器(BMC)。資料保護控制器可包括一資料保護單元217，其可用以提供複數個固態硬碟機之資料保護。舉例來說，資料保護單元217可藉由接收表示斷電之一電源信號以偵測主控運算系統202之斷電。資料保護單元217更可接收來自與主控運算系統202中之一整流電源供應器(未繪示)有關的一電壓計的信號。
在步驟504，該資料保護控制器係等待一預定時間以等待該運算裝置之電力回復。舉例來說，在產生指令以初始化正常關機程序之前，資料保護控制器216係等待一預定時間以等待主控運算系統202之電力回復。在此預定時間之中，備用電源單元218可供應需要的電力至主控運算系統202以進行正常操作。此功能可在短暫斷電事件發生時避免非必要的關機。此外，資料保護控制器216可決定該預定時間，使得備用電源單元218可提供足夠的電力至主控運算系統202以進行正常操作。接近該預定時間時，若主要電源仍然未回復，資料保護控制器216可初始化一正常關機程序，包括產生：(1)一I/O中斷指令以禁能複數個PCIe交換器接收更多的I/O指令；及(2)至複數個PCIe交換器的清空快取指令以傳送至複數個固態硬碟機以進行乾淨關機程序。
在步驟506，該資料保護控制器係使用由一備用電源單元所供應之電源以產生一I/O中斷指令及一清空快取指令。舉例來說，資料保護單元217或資料保護控制器216可產生I/O中斷指令，其用以阻止PCIe交換器206及220接收來自儲存控制器204之I/O指令。舉例來說，資料保護單元217或資料保護控制器216可產生清空快取指令。
在步驟508，該資料保護控制器係傳送該I/O中斷指令至該複數個交換器裝置，其中該複數個交換器裝置係用以禁能來自該主控系統之至少一I/O指令的傳輸。舉例來說，該I/O中斷指令係可致能PCIe交換器206停止接收來自儲存控制器204之I/O寫入指令及I/O讀取指令。
在步驟510，該資料保護控制器係傳送該清空快取指令至該複數個交換器裝置，其中該複數個交換器裝置係用以傳送該清空快取指令至該運算裝置之該複數個儲存控制器。舉例來說，固態硬碟控制器210可為任意微控制器，用以執行與固態硬碟機208有關之韌體層軟體指令。回應該清空快取指令，固態硬碟控制器210可利用來自備用電源單元218所提供之電力以儲存來自揮發性快取212中未被儲存之資料至非揮發性儲存裝置214。曝露於斷電而未被儲存之資料包括：在主控系統及儲存裝置間傳送中的使用者資料及系統資料，以及暫存於儲存裝置中之揮發性快取之未提交的資料。
在步驟512，該運算裝置係執行一正常關機程序。舉例來說，在該正常關機程序中，未被儲存的資料，包括在揮發性快取中之傳送中的使用者/系統資料及未提交的資料可適當地儲存至非揮發性儲存裝置以避免資料丟失。在正常關機程序中，可執行額外的機制以保留系統完整性。
第6圖係顯示依據本發明一實施例中用於實現第1~5圖中之系統及流程的運算平台600的系統架構圖。運算平台600係包括一匯流排618，其係連接子系統及複數個裝置，例如：資料保護控制器602、處理器604、系統記憶體606、輸入裝置608、網路介面610、顯示器612、及儲存裝置614。處理器604可由一或多個中央處理器(CPU)所實現，例如是由Intel Corporation所製造的CPU、或是一或多個虛擬處理器、或是CPU及虛擬處理器之組合。運算平台600係利用輸入裝置608及顯示器612以交換表示輸入及輸出之資料，輸入/輸出裝置係包括， 但非限定於鍵盤、滑鼠、音訊輸入(例如語音轉文字裝置)、使用者介面、顯示器、螢幕、游標、觸控螢幕、LCD或LED顯示器、及其他I/O相關的裝置。
依據本發明一些實施例，運算平台600係利用處理器604執行特定操作，以執行儲存於系統記憶體606中之一或多個指令的一或多個序列。運算平台600可由客戶端/伺服器之排列中的一伺服器裝置或一客戶端裝置、點對點排列、或是任意行動運算裝置，包括智慧型手機及類似裝置所實現。這些指令或料可由另一電腦可讀取媒體(例如是一儲存裝置)讀取至系統記憶體606。在一些例子中，硬體接線電路可用以取代或是與軟體指令結合來實現。指令亦可嵌入至軟體或韌體。「電腦可讀取媒體」此詞係指任何實體媒體可參與提供指令至處理器604執行。這類的媒體可由許多形式實現，包括但非限定於非揮發性媒體及揮發性媒體。非揮發性媒體包括，舉例來說，光學或磁性磁碟、或類似裝置。揮發性媒體包括動態記憶體，例如是系統記憶體606。
舉例來說，電腦可讀取媒體之常用類型包括：軟碟、軟性磁碟、硬碟、磁帶、任意其他磁性媒體、CD-ROM、任意其他光學媒體、打卡、紙帶、任意其他具有洞之樣式的物理媒體、RAM、PROM、EPROM、FLUSH-EPROM、任意其他記憶體晶片或閘、或是任意其他電腦可讀取的媒體。可使用傳輸媒體以傳送或接收指令。「傳輸媒體」此詞係包括任何實體或非實體媒體，其可儲存、編碼、攜帶可由機器所執行之指令，並包括數位或類比通訊信號、或是其他非實體媒體以增進這類 指令之通訊。傳輸媒體包括雙絞線、銅線、及光纖，包含包括匯流排618之電線以傳輸一電腦資料信號。
在此實施例中，系統記憶體606包括多種軟體程式，其包括可執行之指令以實現此處所揭示之功能。在此實施例中，系統記憶體606包括一記錄管理器、記錄緩衝器、或是一記錄容器，各者可用以提供一或多個此處所揭示之功能。
本發明雖以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明的範圍，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許的更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧伺服器
102‧‧‧主控運算系統
103‧‧‧處理器
104‧‧‧儲存控制器
105‧‧‧基本輸入輸出系統
106‧‧‧PCIe交換器
108‧‧‧固態硬碟機
110‧‧‧固態硬碟控制器
112‧‧‧揮發性快取
114‧‧‧非揮發性儲存裝置
116‧‧‧資料保護控制器
117‧‧‧資料保護單元
118‧‧‧備用電源單元

Claims (8)

  1. 一種用於運算裝置之斷電保護方法，包括：利用與一運算裝置中之一儲存裝置有關的一資料保護控制器偵測表示該運算裝置之斷電的一信號；依據該信號，利用該運算裝置之一備用電源單元所提供之電源產生一輸入/輸出中斷信號給與該儲存裝置有關之一交換器裝置；利用該資料保護控制器產生一清空快取指令；傳送該輸入/輸出中斷指令至該交換器裝置，其中該交換器裝置係用以禁能至少一輸入/輸出指令之傳輸；透過該交換器裝置傳送該清空快取指令至清空快取指令該儲存裝置之一儲存控制器；回應接收該清空快取指令，將儲存於該儲存裝置中之一揮發性儲存裝置的資料刷新至該儲存裝置中之一非揮發性儲存裝置；以及執行該運算裝置之一正常斷電程序。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之斷電保護方法，更包括：等待介於偵測該信號及產生該輸入/輸出中斷信號之間的一預定時間以等待該運算裝置之電力回復，其中該預定時間係依據該備用電源單元提供充份電力至該運算裝置以避免資料丟失之一部份時間所決定。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之斷電保護方法，更包括：在該資料保護控制器收一確認信號，其中該確認信號係 表示儲存於該儲存裝置中之該揮發性儲存裝置已被儲存至該儲存裝置中之該非揮發性儲存裝置。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之斷電保護方法，其中該資料保護控制器係為一基板管理控制器。
  5. 一種斷電保護系統，包括：一處理器；以及一記憶體，包括複數個指令，其當被該斷電保護系統所執行時，致使該斷電保護系統執行：利用與一運算裝置中之複數個儲存裝置有關的一管理中央處理器偵測表示該運算裝置之一斷電信號；依據該斷電信號，利用該運算裝置之一備用電源單元所提供之電源產生一輸入/輸出中斷信號分別給與各儲存裝置有關之一交換器裝置；利用該資料保護控制器產生一清空快取指令；傳送該輸入/輸出中斷指令至與各儲存裝置有關之各交換器裝置，其中各交換器裝置係用以禁能至少一輸入/輸出指令之傳輸；透過與各儲存裝置有關之該交換器裝置傳送該清空快取指令至清空快取指令各儲存裝置中所相應的一儲存控制器；回應接收該清空快取指令，利用各儲存裝置中所相應之該儲存控制器將儲存於各儲存裝置中之一揮發性儲存裝置的資料清空寫入至各儲存 裝置中之一非揮發性儲存裝置；以及執行該運算裝置之一正常斷電程序。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之斷電保護系統，其中該複數個指令更致使該斷電保護系統執行：等待介於偵測該信號及產生該輸入/輸出中斷信號之間的一預定時間以等待該運算裝置之電力回復。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之斷電保護系統，其中該複數個指令更致使該斷電保護系統執行：利用該資料保護控制器接收複數個確認信號，其中各確認信號係表示儲存於各儲存裝置中之各揮發性儲存裝置的資料已被提交至各儲存裝置中之各非揮發性儲存裝置。
  8. 如申請專利範圍第5項所述之斷電保護系統，其中各儲存裝置更包括一儲存控制器用以執行該清空快取指令。
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