數據完整性是數據存儲系統中關(guān)鍵的元素之一，對于企業(yè)而言，不一致的數據可能導致錯誤的業(yè)務(wù)決策，因此保障數據的完整性與一致性至關(guān)重要。

一、靜默數據錯誤

在數據存儲系統中，數據從主機端生成直至寫(xiě)入SSD NAND中，會(huì )經(jīng)過(guò)多個(gè)部件、多種傳輸通道和復雜的軟件處理過(guò)程，其中任意一個(gè)環(huán)節發(fā)生錯誤都可能會(huì )導致數據錯誤。但是這種錯誤一般無(wú)法被立即檢測出來(lái)，而是后續通過(guò)應用在訪(fǎng)問(wèn)數據過(guò)程中才會(huì )發(fā)現，這種情況被稱(chēng)為靜默數據破壞（Silent Data Corruption）。

靜默數據錯誤問(wèn)題是存在存儲系統中最難解決的數據一致性問(wèn)題之一。在數據通路傳輸過(guò)程中，每百萬(wàn)億（10^13）比特中就會(huì )有概率出現bit錯誤，而鏈路傳輸大多采用CRC進(jìn)行檢錯，CRC存在碰撞概率導致bit錯誤無(wú)法發(fā)現；在SSD內部數據傳遞過(guò)程中，大部分路徑會(huì )經(jīng)過(guò)SRAM，SRAM存在bit翻轉概率，控制器一般采用ECC+CRC對路徑保護，但仍然無(wú)法避免bit靜默錯誤（極低概率）。

對于數據中心而言，維護數據安全至關(guān)重要。發(fā)生靜默錯誤對應用層有很高的風(fēng)險，如果應用系統可靠性設計不完善，一旦出現靜默錯誤，會(huì )存在數據損壞且不可恢復的可能，因此支持DIF/DIX特性端到端的數據鏈路保護對SSD部件及系統層都十分重要。

二、NVMe SSD端到端保護

為確保主機與閃存之間數據的完整性，NVMe SSD提供了一個(gè)端到端的功能，即主機寫(xiě)入閃存的數據與最初主機寫(xiě)的數據必須一致，以及主機讀到的數據與最初從閃存上讀上來(lái)的數據也一致。

在OCP Clould Spec對端到端的需求定義中，要求每一段傳輸路徑都應有糾/檢錯算法，降低數據傳輸過(guò)程中每一個(gè)環(huán)節出錯的可能，規避靜默錯誤的發(fā)生。如PCIe 每個(gè)TLP會(huì )通過(guò)ECRC（End-to-end CRC）進(jìn)行校驗、RAM有ECC保護、Flash接口有 RAID 保護，Scrambler 增加擾碼以及CRC編解碼保護和LDPC重讀保護。

NVMe則是在控制器內添加保護信息（PI）來(lái)檢驗數據一致性，這部分數據一般存放在DDR中（DDR有ECC保護）。具體則是給用戶(hù)邏輯塊（Logical Block）通過(guò)增加額外的8字節保護信息（PI），或者由主機軟件添加≥8字節的元數據（Metadata），支持DIF/DIX模式，使得控制器和/或主機軟件可以校驗用戶(hù)數據邏輯塊的數據完整性和一致性。

三、什么是PI?

在端到端數據保護中，PI的使用尤為重要。PI全稱(chēng)Protection Information，即保護信息，是元數據的一種。

NVMe協(xié)議里定義SSD控制器可以支持給每個(gè)邏輯塊（也就是用戶(hù)數據）增加額外的元數據，以及主機如何使用元數據區域自定義（如分布式文件系統的元數據），元數據最常見(jiàn)的用途之一是傳遞PI端到端保護信息（end-to-end protection information）。

PI相當于邏輯塊數據的保鏢，有DIF和DIX兩種數據保護機制，兩者主要區別是 PI 信息的位置不同。具體選擇哪種格式，要根據應用場(chǎng)景的具體需求。

DIF（ Data Integrity Field ）：保證HBA 、陣列和硬盤(pán)的數據完整性。

DIF實(shí)現的PI

DIX（ Data Integrity Extensions ）: 保證應用、HBA卡的數據完整性。

DIX實(shí)現的PI

·PI信息的處理

Protection Information Field（PRINFO) 包括PRACT（Protection Information Action）和PRCHK（Protection Information Check） 字段。PRACT指明了PI信息生成的機制，PRCHK指明了controller收到包時(shí)檢查的PI信息。

PRACT

=1時(shí)，

    MD = 8B, SSD controller生成新的PI替代host傳入的PI，并將其寫(xiě)入NAND；

    MD>8B，host生成的PI直接傳入SSD，替換MD的前8或者后8字節（這里還需要注意kernel是否支持）。

=0時(shí)， controller獲取上層應用下發(fā)的PI信息，將檢查PI信息并寫(xiě)入NAND。

PRCHK

Bit2=1，SSD在收到packet時(shí)，檢查CRC；

Bit1=1，SSD在收到packet時(shí)，檢查App Tag；

Bit0=1，SSD在收到packet時(shí)，檢查Reference Tag。

四、憶聯(lián)SSD端到端保護方案

作為一家領(lǐng)先的存儲廠(chǎng)商，憶聯(lián)長(cháng)期以保障用戶(hù)數據安全作為產(chǎn)品的核心基礎，旗下企業(yè)級固態(tài)硬盤(pán)（ESSD）與數據中心級固態(tài)硬盤(pán)（DSSD）均支持DIF/DIX特性，以此提升硬盤(pán)的全鏈路數據保護能力。

·延伸至主機系統、應用的端到端保護

憶聯(lián)SSD支持多種DIF配置，滿(mǎn)足512+8、4K+8、4K+64字節多種情況的數據和元數據（含PI）的存儲要求，支持從應用到Flash的端到端數據保護，并能有效杜絕data replacement故障發(fā)生的可能。

·端到端冗余校驗，提升數據可靠

憶聯(lián)SSD通過(guò)保護整個(gè)傳輸路徑中的數據來(lái)保障數據的完整性。在DDR內存上，采用ECC和CRC來(lái)防止DDR內存異常導致的數據錯誤和篡改；在NAND flash上，采用LDPC和CRC來(lái)防止由于NAND flash上的異常而導致的數據丟失；在DIE內，采用 XOR 算法來(lái)防止由于 DIE 或隨機故障造成的數據丟失。

·應用級數據冗余校驗 ，且業(yè)務(wù)性能不受影響

憶聯(lián)SSD還通過(guò)支持DIF、DIX兩種傳輸方式，不僅在盤(pán)內提供DPP數據路徑保護，更能夠與系統配合，實(shí)現端到端的保護，確保從系統到盤(pán)片整個(gè)通路的數據安全，從而為多種極端場(chǎng)景下系統的正常運維提供雙重保護。

數據安全一直是信息技術(shù)中的一個(gè)重要問(wèn)題。伴隨著(zhù)數字化轉型進(jìn)程的不斷深入，風(fēng)險也隨之而來(lái)，企業(yè)數據的存儲安全問(wèn)題也越來(lái)越突出。憶聯(lián)憑借在存儲領(lǐng)域多年的積累，為用戶(hù)提供極致體驗的同時(shí)，更能為企業(yè)數據存儲做好堅實(shí)的保障。