带屏障的 SATA 驱动器上写缓存的安全性

Question

我最近一直在阅读有关 SATA 驱动器的写入缓存、NCQ、固件错误、障碍等内容，但我不确定在发生电源故障时使我的数据安全的最佳设置是什么。

据我了解，NCQ 允许驱动器重新排序写入以优化性能，同时让内核了解哪些请求已被物理写入。

写入缓存使驱动器更快地处理请求，因为它不会等待数据写入物理磁盘。

我不确定 NCQ 和写入缓存如何在这里混合...

文件系统，特别是日志文件系统，需要确定何时写下特定请求。此外，用户空间进程使用 fsync() 强制刷新特定文件。在文件系统确定数据已写入磁盘之前，对 fsync() 的调用不应返回。

有一个功能（FUA，强制单元访问），我只在 SAS 驱动器上看到过，它强制驱动器绕过缓存并直接写入磁盘。对于其他一切，都有写屏障，这是内核提供的一种机制，可以触发驱动器上的缓存刷新。这会强制写下所有缓存，而不仅仅是关键数据，因此如果滥用会降低整个系统的速度，例如 fsync()。

然后有固件错误的驱动器，或者故意谎报数据何时被物理写入。

话虽如此.. 有几种方法可以设置驱动器/文件系统：A) NCQ 和写入缓存禁用 B) 仅启用 NCQ C) 仅启用写入缓存 D) 启用 NCQ 和写入缓存

我假设障碍已启用..顺便说一句，如何检查它们是否实际启用？

如果断电，在主动写入磁盘时，我的猜测是选项 B（NCQ，无缓存）对于文件系统日志和数据都是安全的。可能会有性能损失。

选项 D（NCQ+缓存），如果使用屏障或 FUA，对于使用 fsync() 的文件系统日志和应用程序是安全的。对于在缓存中等待的数据来说，这将是不利的，由文件系统来检测它（校验和），至少文件系统不会（希望）处于不稳定状态。在性能方面，它应该更好。

然而，我的问题是......我错过了什么吗？还有其他变量需要考虑吗？是否有任何工具可以确认这一点，以及我的驱动器是否正常运行？

Answer 1

对于直接的企业系统，还有一个以存储适配器（几乎总是 RAID 卡）形式存在的附加层，其上还有另一层缓存。如今，存储堆栈中有很多抽象，我在关于“了解您的 I/O”的博客系列中对此进行了深入详细介绍。

RAID 卡可以绕过磁盘缓存，其中一些甚至允许在 RAID BIOS 中切换此功能。这就是企业磁盘是企业的原因之一，它们的固件允许消费驱动器（尤其是“绿色”驱动器）不允许的事情。此功能直接解决您担心的情况：未提交写入的电源故障。RAID 卡缓存（应该由电池或闪存支持）将被保留，直到电源恢复并且可以重新提交这些写入。

某些企业 SSD 包括一个板载电容器，其容量足以在完全断电之前提交板载缓存。

如果您使用的是磁盘直接连接到主板的系统，则保证较少。除非磁盘本身具有提交写入缓存的能力，否则电源故障确实会造成损失。该XFS文件系统赢得了不可靠的声誉，由于它的无能生存眼前这个故障模式; 它旨在在具有工程存储生存能力的完整企业系统上运行。

然而，随着时间的流逝，XFS 已经被设计为能够经受住这种考验。其他主要的 Linux 文件系统（以及Windows 上的ntfs）已经进行了工程设计以应对这种非常失败的模式。它的工作原理是丢失的写入不会出现在 FS 日志中，并且它会知道它们没有被提交，因此将安全地检测到损坏并解决。

您确实指出了此处的一个问题：存在的磁盘固件。在这种情况下，FS 日志将根据实际情况做出错误的假设，并且在一段时间内可能无法检测到损坏。奇偶校验 RAID 和镜像 RAID 可以解决这个问题，因为应该有另一个提交的副本可以从中提取。但是单磁盘设置不会进行交叉检查，因此实际上会出错。

您可以通过使用获得更多验证（并根据您假定的工作负载模式进行测试）的企业级驱动器来规避固件风险，并设计您的存储系统以使其能够在此类不真实情况下幸存下来。