تسوية التآكل

📅 آخر تحديث: ٤ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٤ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 2 صور
الموسوعة الحرة
جزء من سطح الطريق، مليء بالحفر نتيجة مرور عجلات السيارات على نفس المسار.
أخاديد عميقة ناتجة عن عجلات السيارات التي تسلك المسار نفسه. يؤدي الاستخدام المتكرر لخلايا الذاكرة إلى تأثير مماثل. تحاول عملية تسوية التآكل توزيع "حركة المرور" بشكل أكثر توازناً.

موازنة التآكل (تكتب أيضًا باسم موازنة التآكل ) هي تقنية [ 1 ] لإطالة عمر الخدمة لبعض أنواع وسائط تخزين الكمبيوتر القابلة للمسح ، مثل ذاكرة الفلاش ، والتي تستخدم في محركات الأقراص الصلبة (SSDs) ومحركات أقراص USB المحمولة ، وذاكرة تغيير الطور .

منظر على الدرج، حيث تدهور الجزء الأوسط منه بسبب استخدام الناس للجزء الأوسط من كل درجة في الغالب.
تآكل غير متساوٍ في الجزء الأوسط من الدرج، نتيجة مرور المشاة في مسار واحد. مثال آخر من الحياة اليومية لمشكلة مماثلة.

تعتمد فكرة موازنة التآكل على مبدأ مشابه لتغيير موضع إطارات السيارة ، لتجنب تحميل نفس العجلة بشكل متكرر. تعمل خوارزميات موازنة التآكل على توزيع عمليات الكتابة بشكل أكثر توازناً على كامل الجهاز، بحيث لا يتم استخدام أي جزء من الذاكرة بشكل متكرر أكثر من غيره.

استخدمت شركة ويسترن ديجيتال مصطلح " موازنة التآكل الاستباقية " (PWL) لوصف تقنية الحفظ التي تستخدمها في محركات الأقراص الصلبة (HDDs) المصممة لتخزين بيانات الصوت والفيديو. [ 2 ] ومع ذلك، فإن محركات الأقراص الصلبة عمومًا لا تُعتبر أجهزة مُوازنة التآكل في سياق هذه المقالة.

الأساس المنطقي

تحتوي وسائط ذاكرة EEPROM وذاكرة الفلاش على أجزاء قابلة للمسح بشكل فردي، حيث يمكن مسح كل جزء منها لعدد محدود من دورات المسح قبل أن يصبح غير موثوق. يتراوح هذا العدد عادةً بين 3000 و5000 دورة [ 3 ] [ 4 ]، ولكن العديد من أجهزة الفلاش تحتوي على وحدة واحدة ذات عمر افتراضي ممتد يصل إلى أكثر من 100000 دورة، والتي يمكن لوحدة تحكم ذاكرة الفلاش استخدامها لتتبع التآكل وانتقال البيانات بين الأجزاء. أما وسائط التخزين الضوئية القابلة للمسح ، مثل أقراص CD-RW و DVD-RW ، فتُصنف حتى 1000 دورة (100000 دورة لأقراص DVD-RAM ).

تحاول تقنية موازنة التآكل التغلب على هذه القيود من خلال تنظيم البيانات بحيث تتوزع عمليات المسح وإعادة الكتابة بالتساوي عبر الوسيط. وبهذه الطريقة، لا تتعطل أي كتلة مسح قبل الأوان نتيجةً لكثافة دورات الكتابة. [ 5 ] في ذاكرة الفلاش، تُصمم كتلة واحدة على الشريحة لتدوم لفترة أطول من غيرها، بحيث يتمكن متحكم الذاكرة من تخزين البيانات التشغيلية مع تقليل احتمالية تلفها. [ 6 ] [ 7 ]

صُممت أنظمة الملفات التقليدية مثل FAT و UFS و HFS / HFS+ و EXT و NTFS في الأصل للأقراص المغناطيسية، ولذلك تعيد كتابة العديد من هياكل بياناتها (مثل مجلداتها) بشكل متكرر في نفس المنطقة. وعند استخدام هذه الأنظمة على وسائط ذاكرة الفلاش، يُصبح هذا الأمر إشكاليًا. وتتفاقم هذه الإشكالية بسبب قيام بعض أنظمة الملفات بتتبع أوقات آخر وصول، مما قد يؤدي إلى إعادة كتابة بيانات تعريف الملفات باستمرار في مكانها. [ 8 ]

الأنواع

توجد عدة آليات لتسوية التآكل توفر مستويات متفاوتة من تحسين عمر أنظمة الذاكرة هذه. [ 9 ] [ 6 ]

تسوية بدون تآكل

لن يدوم نظام تخزين ذاكرة الفلاش الذي لا يدعم موازنة التآكل طويلًا إذا كُتبت البيانات فيه. فبدون موازنة التآكل، يجب على وحدة تحكم الفلاش الأساسية تعيين العناوين المنطقية من نظام التشغيل بشكل دائم إلى العناوين الفيزيائية لذاكرة الفلاش. وهذا يعني أن كل عملية كتابة إلى كتلة كُتبت فيها سابقًا يجب أولًا قراءتها ومسحها وتعديلها وإعادة كتابتها في الموقع نفسه. هذه الطريقة تستغرق وقتًا طويلًا، وستتآكل المواقع التي تُكتب فيها البيانات بشكل متكرر بسرعة، بينما لن تُستخدم مواقع أخرى على الإطلاق. وبمجرد أن تصل بضع كتل إلى نهاية عمرها الافتراضي، يصبح هذا الجهاز غير قابل للتشغيل. [ 9 ]

تسوية التآكل الديناميكية

يُطلق على النوع الأول من تسوية التآكل اسم تسوية التآكل الديناميكية ، وهي تستخدم خريطة لربط عناوين الكتل المنطقية (LBAs) من نظام التشغيل بذاكرة الفلاش الفعلية. في كل مرة يكتب فيها نظام التشغيل بيانات بديلة، تُحدَّث الخريطة بحيث تُعلَّم الكتلة الفعلية الأصلية كبيانات غير صالحة ، وتُربط كتلة جديدة بهذا المدخل في الخريطة. في كل مرة تُعاد كتابة كتلة بيانات إلى ذاكرة الفلاش، تُكتب في موقع جديد. مع ذلك، فإن كتل ذاكرة الفلاش التي لا تتلقى بيانات بديلة لا تتعرض لأي تآكل إضافي، ومن هنا جاءت التسمية من إعادة تدوير البيانات الديناميكية. قد يدوم هذا النوع من الأجهزة لفترة أطول من الأجهزة التي لا تستخدم تسوية التآكل، ولكن تظل بعض الكتل نشطة حتى بعد توقف الجهاز عن العمل. [ 9 ] [ 6 ]

تسوية التآكل الثابتة

يُطلق على النوع الآخر من تسوية التآكل اسم تسوية التآكل الثابتة، والتي تستخدم أيضًا خريطة لربط عناوين LBA بعناوين الذاكرة الفعلية. تعمل تسوية التآكل الثابتة بنفس طريقة تسوية التآكل الديناميكية، باستثناء أن الكتل الثابتة التي لا تتغير تُنقل دوريًا بحيث يمكن استخدام هذه الخلايا منخفضة الاستخدام بواسطة بيانات أخرى. يُمكّن هذا التأثير الدوراني محرك الأقراص ذي الحالة الصلبة (SSD) من الاستمرار في العمل حتى تقترب معظم الكتل من نهاية عمرها الافتراضي. [ 9 ] [ 6 ]

تسوية التآكل العالمي

يتم تطبيق كل من تسوية التآكل الديناميكية والثابتة على المستوى المحلي. وهذا يعني ببساطة أنه في المنتجات متعددة الرقاقات، تُدار كل رقاقة كمورد مستقل. يختلف عدد الكتل المعيبة في الرقاقات المختلفة ضمن ذاكرة فلاش NAND: فقد تكون جميع كتل البيانات في رقاقة معينة متآكلة، بينما قد تظل جميع كتل البيانات في رقاقة أخرى في نفس الجهاز نشطة. تعالج تسوية التآكل الشاملة هذه المشكلة من خلال إدارة جميع الكتل من جميع الرقاقات في ذاكرة الفلاش معًا - في مجموعة واحدة. وهذا يضمن تآكل جميع الخلايا في جميع الرقاقات داخل المنتج بشكل متساوٍ. [ 10 ] [ 11 ]

مقارنة

يقارن الجدول التالي بين تسوية التآكل الثابتة والديناميكية: [ 6 ]

غرضثابتمتحرك
تَحمُّلمتوسط ​​عمر أطولانخفاض متوسط ​​العمر المتوقع
أداءأبطأأسرع
تعقيد التصميمأكثر تعقيداأقل تعقيدًا
الاستخدام النموذجيمحركات الأقراص الصلبة SSD، [ 9 ] محركات أقراص فلاش صناعية [ 12 ]محركات أقراص فلاش للاستخدام المنزلي

التقنيات

توجد عدة تقنيات لإطالة عمر الوسائط:

  • يمكن الاحتفاظ برمز التحقق أو رمز تصحيح الأخطاء لكل كتلة أو قطاع من أجل اكتشاف الأخطاء أو تصحيحها.
  • يمكن أيضاً الاحتفاظ بمجموعة من مساحة التخزين الاحتياطية الزائدة . فعندما يتعطل جزء من البيانات أو قطاع، يمكن إعادة توجيه عمليات القراءة والكتابة اللاحقة إليه إلى بديل في تلك المجموعة.
  • يمكن تتبع الكتل أو القطاعات على وسائط التخزين في قائمة انتظار الأقل استخدامًا (LFU). يجب تخزين هياكل بيانات قائمة الانتظار نفسها إما خارج الجهاز أو بطريقة تضمن توزيع المساحة المستخدمة وفقًا لمستوى التآكل، أو في حالة ذاكرة الفلاش، في كتلة ذات عمر افتراضي ممتد. مع ذلك، صُممت خوارزميات التخزين المؤقت المعتادة لإدارة تدفق البيانات من وإلى ذاكرات التخزين المؤقت القائمة على ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) ، مما يجعلها غير مناسبة مباشرةً في حال استخدام أجهزة تخزين قائمة على ذاكرة الفلاش ، بدلًا من أجهزة التخزين القائمة على ذاكرة الوصول العشوائي، نظرًا لطبيعة محركات الأقراص الصلبة (SSD) غير المتناظرة - حيث تكون عمليات القراءة عادةً أسرع بكثير من عمليات الكتابة، ولا يمكن تنفيذ عمليات المسح إلا على "كتلة" واحدة في كل مرة. [ 13 ] 
  • جمع القمامة

في بطاقات الذاكرة الرقمية الآمنة ووحدات تخزين USB المحمولة ، [ 12 ] تُطبَّق التقنيات في الأجهزة بواسطة وحدة تحكم دقيقة مدمجة . في هذه الأجهزة، يكون موازنة التآكل غير ظاهر ، ويمكن استخدام نظام الملفات التقليدي مثل FAT عليها كما هو.

يمكن أيضًا تطبيق موازنة التآكل برمجيًا بواسطة أنظمة ملفات متخصصة مثل JFFS2 و YAFFS على وسائط التخزين الفلاشية، أو UDF على الوسائط الضوئية. جميعها أنظمة ملفات ذات بنية سجلية ، حيث تتعامل مع وسائط التخزين كسجلات دائرية وتكتب عليها بشكل متسلسل. كما تُطبّق أنظمة الملفات التي تستخدم استراتيجيات النسخ عند الكتابة ، مثل ZFS و btrfs و APFS ، شكلًا من أشكال موازنة التآكل.

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ براءة اختراع أمريكية رقم 6,850,443 تقنيات تسوية التآكل لأنظمة ذاكرة الفلاش.
  2. ↑ "معلومات منتج محرك الأقراص الصلبة AV من ويسترن ديجيتال" . ويسترن ديجيتال. مؤرشف من الأصل بتاريخ 2010-01-02 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2010-06-01 .
  3. ↑ "هل ترغب بشراء قرص SSD؟ اقرأ هذا أولاً" . هاردوير كانوكس . 10 يناير 2011.
  4. ↑ "تحول محركات الأقراص الصلبة SSD إلى تقنية NAND 25 نانومتر - ما تحتاج إلى معرفته | StorageReview.com - مراجعات التخزين" . www.storagereview.com . ١٢ فبراير ٢٠١١. مؤرشف من الأصل في ٥ ديسمبر ٢٠١٩. تم الاطلاع عليه في ٥ ديسمبر ٢٠١٩ .
  5. ↑ "الخوارزميات وهياكل البيانات لذاكرة الفلاش"، إي. غال، وإس. توليدو، مجلة ACM Computing Surveys، 2005
  6. 1 2 3 4 5 "موازنة استهلاك ذاكرة الفلاش USB وعمرها الافتراضي" (ملف PDF) . كورسير . يونيو 2007. مؤرشف من النسخة الأصلية (ملف PDF) بتاريخ 13 أكتوبر 2007. تم الاطلاع عليه بتاريخ 27 يوليو 2013 .
  7. ↑ أرند بيرغمان (18 فبراير 2011). "تحسين أداء لينكس باستخدام ذاكرات فلاش رخيصة" . LWN.net . تم الاطلاع عليه بتاريخ 3 أكتوبر 2013 .
  8. ↑ جوناثان كوربيت (2007-08-08). "ذات مرة" . LWN.net . تم الاطلاع عليه بتاريخ 21-01-2014 .
  9. 1 2 3 4 5 بيردو، كين (30 أبريل 2010). "مذكرة تطبيق تسوية التآكل" (ملف PDF) . سبانسيون . مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 7 يونيو 2011. تم الاطلاع عليه بتاريخ 12 أغسطس 2010 .
  10. ↑ "تسوية التآكل" . ترانسيند . تم الاطلاع عليه بتاريخ 20 نوفمبر 2019 .
  11. ↑ "تسوية التآكل - الثابتة والديناميكية والعالمية" (ملف PDF) . كاكتوس : 5. تم الاطلاع عليه بتاريخ 20 نوفمبر 2019 .
  12. 1 2 "بطاقات ذاكرة سويسبيت الصناعية من نوع SD" . شركة ماوزر للإلكترونيات . تم الاطلاع عليه بتاريخ 21 أبريل 2017 .
  13. ↑ تشينغ يانغ (25 فبراير 2012). "لماذا لا تعمل خوارزميات التخزين المؤقت القياسية مع محركات الأقراص الصلبة SSD؟" . velobit.com. مؤرشف من الأصل بتاريخ 2 ديسمبر 2013. تم الاطلاع عليه بتاريخ 26 نوفمبر 2013 .
  • محركات الأقراص الصلبة بتقنية الفلاش - تقنية أدنى أم نجم مخفي؟،  bitmicro.com، مؤرشفة من الأصل في 2 فبراير 2007