SSD（固態(tài)硬盤）的壽命問題是用戶使用全閃陣列時關注的焦點。如何能夠讓用戶放心使用全閃陣列，保障在5年內(nèi)存儲系統(tǒng)不會因為SSD壽命耗盡而出現(xiàn)問題，是全閃陣列廠商面臨的挑戰(zhàn)。浪潮存儲通過優(yōu)化智能全閃G2-F的軟件棧，實現(xiàn)了SSD介質(zhì)的磨損均衡，使得智能全閃G2-F可以在長達5-10年的全生命周期內(nèi)，給閃存介質(zhì)上的數(shù)據(jù)提供安全保障。

HDD和SSD可靠性上存在天然差異

HDD（硬盤驅(qū)動器）是通過機械旋轉(zhuǎn)加磁介質(zhì)記錄數(shù)據(jù)的，而SSD則通過硅晶半導體記錄數(shù)據(jù)。二者記錄數(shù)據(jù)方式的差異決定了兩種類型的盤在存取速度和可靠性方面具有本質(zhì)差異。

HDD由磁頭和盤片組成，數(shù)據(jù)存放在盤片上的某個位置，當對數(shù)據(jù)進行讀寫，需要將磁頭移動到磁道上，盤片轉(zhuǎn)動到指定的位置。所以HDD是一個機械設備，只要加電，磁盤就處于高速旋轉(zhuǎn)工作狀態(tài)。磁介質(zhì)本身的壽命是非常長的，所以磁盤的壽命并不取決于讀寫的數(shù)據(jù)量，而取決于磁盤的上電時間。不過，磁盤的壽命跟工作環(huán)境有很大的關系，比如震動對磁盤的壽命影響就非常大。

兩種存儲介質(zhì)

而NAND的存儲單元為三端器件，與場效應管有相同的名稱：源極、漏極和柵極。如下圖所示，浮柵極是用來保存電荷的的，浮柵極與硅襯底之間是隧道氧化層，與控制柵極間也有一層絕緣層，上下兩層絕緣層保護浮柵極中的電荷不會泄漏。采用這種結(jié)構(gòu)，使得存儲單元具有了電荷保持能力，通過讓絕緣浮置柵極捕獲不同數(shù)量的電子以實現(xiàn)bit值定義。就像是裝進瓶子里的水，當你倒入水后，水位就一直保持在那里，直到你再次倒入或倒出，所以閃存具有記憶能力。

NAND Flash原理示意圖

而對浮柵極的充放電，是利用量子隧道效應實現(xiàn)的。當我們要對FLASH進行寫入操作的時候，在控制柵極上加高電壓，源極和漏極接地，使電子穿越隧道氧化層到達浮柵極，并聚集在浮柵上保持，形成電壓，用來存儲信息。進行擦除時仍利用隧道效應，把電壓反過來加，從而消除浮柵上的電子，達到清除信息的結(jié)果。

由于在寫入和擦除的操作過程中，電子反復來回穿越隧道氧化層會損壞隧道氧化層，當絕緣氧化層破壞到一定程度，浮柵極中的電荷便不能再有效保持，導致存儲單元物理損壞。這就是NAND Flash會有寫入次數(shù)限制的原因。

由于在寫入和擦除的操作過程中，電子反復來回穿越隧道氧化層會損壞隧道氧化層，當絕緣氧化層破壞到一定程度，浮柵極中的電荷便不能再有效保持，導致存儲單元物理損壞。這就是NAND Flash會有寫入次數(shù)限制的原因。

HDD的實現(xiàn)原理和Flash完全不一樣，HDD由磁頭和盤片組成，數(shù)據(jù)存放在盤片上的某個位置，當對數(shù)據(jù)進行讀寫，需要將磁頭移動到磁道上，盤片轉(zhuǎn)動到指定的位置。所以HDD是一個機械設備，只要加電，磁盤就處于高速旋轉(zhuǎn)工作狀態(tài)。磁介質(zhì)本身的壽命是非常長的，所以磁盤的壽命并不取決于讀寫的數(shù)據(jù)量，而取決于磁盤的上電時間。不過，磁盤的壽命跟工作環(huán)境有很大的關系，比如震動對磁盤的壽命影響就非常大。

通過對比SSD和HDD的工作原理，你會發(fā)現(xiàn)二者的故障模式有非常大的差異。傳統(tǒng)的磁盤軟壽命限制，因此需要對SSD的壽命管理進行精細設計，以此實現(xiàn)全閃存儲介質(zhì)的生命周期管理。

浪潮智能全閃：六招實現(xiàn)SSD介質(zhì)全生命周期管理

在上一篇關于如何減少SSD磨損的文章《寫放大＜1：浪潮智能全閃G2-F閃存陣列是如何做到的》中，已經(jīng)詳細介紹了浪潮智能全閃G2-F全閃存儲多項全閃存儲的專有黑科技如何通過減少對SSD的寫入量，從源頭上提高SSD的使用壽命。但減少寫入只是保障可靠性的一個方面，對于各種原因?qū)е碌牟糠諷SD出現(xiàn)壞塊，還需要及時的檢測、預測和處理。下面讓我們來看看浪潮智能全閃G2-F都有哪些大招，來實現(xiàn)SSD全生命周期精細管理以應對SSD的壽命挑戰(zhàn)。

招數(shù)1：T10 DIF杜絕靜默數(shù)據(jù)損壞

出了問題，首先要檢測到，防止靜默數(shù)據(jù)損壞。未被檢測到的靜默數(shù)據(jù)損壞會導致業(yè)務系統(tǒng)的嚴重后果。

T10 DIF(Data Integrity Field，數(shù)據(jù)完整性域)是用戶數(shù)據(jù)的一種端到端的保護機制，寫入數(shù)據(jù)的時候在數(shù)據(jù)塊末尾加入PI(Protection Information，保護信息)字段，存放數(shù)據(jù)的校驗信息。當存儲端接收到帶有PI的數(shù)據(jù)之后，會將PI信息保存起來，這樣在讀取的時候會重新計算，使得掉電，硬重啟，卷重啟，鏈路丟失等都不會導致PI數(shù)據(jù)的丟失。浪潮智能全閃G2-F全系列通過支持T10 DIF檢測，杜絕了靜默數(shù)據(jù)損壞。

招數(shù)2：SSD壽命預測提供事先警告

既然SSD壽命有限，SSD什么時候臨近壽命終點、什么時候需要更換，就成為用戶和存儲系統(tǒng)管理員最關心的事情。全閃存儲系統(tǒng)需要在SSD臨近壽命極限時對用戶進行預警，給用戶預留更換乃至采購替代品的時間。同時，如果用戶的業(yè)務模型、業(yè)務流量和初始設計時發(fā)生了巨大變化，存儲系統(tǒng)也需要給出預警信息，讓用戶采取措施調(diào)整業(yè)務模型或者數(shù)據(jù)布局，將大流量的數(shù)據(jù)寫入業(yè)務遷移到其他存儲上。這些必要的功能在浪潮智能全閃G2-F系列產(chǎn)品上進行了全面配備，其中包括：

監(jiān)測壽命衰減速度：浪潮智能全閃G2-F定時檢查SSD使用壽命百分比，壽命衰減速度過快時會上報并告警，提醒用戶SSD盤異常，建議更換或者改變業(yè)務模型。

實時監(jiān)測使用壽命：當SSD盤使用壽命達到97%，系統(tǒng)會建議用戶更換SSD盤；達到99%，會警告用戶及時更換SSD盤

智能剩余生命周期預測：浪潮智能全閃G2-F會根據(jù)用戶業(yè)務歷史流量及模型，對SSD可使用時間進行預測，并根據(jù)用戶業(yè)務模型的變化，實時調(diào)整預測周期。當預測到SSD剩余壽命大概為6個月時，會產(chǎn)生告警，提醒用戶關注SSD壽命。

招數(shù)3：RAID壽命預測與自動化功能凸顯神通

當RAID成員盤的壽命臨近極限時，系統(tǒng)會發(fā)出告警，使用CLI命令或GUI界面，檢查每個成員盤的“更換日期”字段，來確定需要更換的成員盤。如果RAID個別成員盤臨近壽命極限，只需更換個別成員盤，利用RAID冗余數(shù)據(jù)重建，更換盤后，RAID自動重建該成員盤。

當RAID多個成員盤臨近壽命時，系統(tǒng)自動更換RAID Group。浪潮智能全閃G2-F可以利用數(shù)據(jù)遷移功能自動將該RAID中的數(shù)據(jù)在線遷移出來，方法是直接刪除該RAID——數(shù)據(jù)遷移功能會先將該RAID上的數(shù)據(jù)遷移到存儲池的其他RAID上，然后再刪除。如果存儲池其他RAID上沒有足夠的空間，刪除會失敗，需要先向存儲池添加新RAID后再刪除。