Innodisk丨通过RECLine™固件优化实现最大的监控记录稳定性

通过RECLine™固件优化实现最大的监控记录稳定性

     随着硬盘驱动器（HHD）和固态驱动器（SSD）之间的容量和价格差距的缩小，固态驱动器将成为监控市场的主流。然而，由于闪存中数据删除和写入的固有问题，需要进行某些后台处理。这些固件操作将导致顺序写入性能下降。由于视频记录应用程序几乎只依赖于顺序写入速度，这些下降将导致视频质量下降和帧丢失。

     RECLine™是用于监控应用的固态驱动器SSD固件优化，可确保在记录数据时保持恒定的顺序写入速度（最小的帧丢失）。这是通过修改SSD的垃圾收集、损耗均衡和TRIM功能来实现的。

     帧丢失是记录监控数据时要避免的主要问题。这些录制质量的下降可能会使原本原始的镜头变得粗糙且无法使用。无论您使用何种存储介质，帧丢失都会对您的监控操作造成风险。此外，需要高质量的记录和同步读/写操作来运行现代监控功能，如现场数据分析和面部识别，这些功能依赖于快速稳定的存储。

     监控行业传统上一直采用HDD作为其主要存储介质。这主要是因为它在价格、存储容量和寿命方面具有优势。然而，固态硬盘正在稳步缩小两者之间的差距，使其成为HDD的一种越来越有吸引力的替代品。由于SSD的结构完全不同，它可以轻松地同时运行读/写操作，而不会干扰数据记录，使其成为最苛刻的监控操作的更好选择。

     虽然固态硬盘具有优势，但由于数据在闪存设备中存储和删除的性质，帧丢失仍然可能发生。处理这些固有SSD属性的某些固件进程，如垃圾收集和损耗均衡，如果处理不当，可能会导致严重的帧丢失。这些固件进程需要针对顺序写入进行优化，而顺序写入是监控数据的主要组成部分。

     从早期开始，SSD就在嵌入式行业找到了市场，因为它们本质上更适合空间受限和坚固的应用。它很容易取代了传统的存储设备，也为新的应用程序开辟了道路。然而，监控市场在采用闪存设备方面发展得比较晚，这主要是因为HDD可以以合理的成本提供高容量、经过充分验证的稳定可靠的数据存储。

     然而，许多较新的监控功能，如现场数据分析和面部识别，需要同时进行读/写操作。HHD的机械结构无法处理这一问题，在连续写入环境中，这将不可避免地导致帧丢失。

     因此，目前有很多方法可以整合这两种存储介质用于同一个监控系统。例如，HHD可以在外部位置起到存档数据的作用，而闪存设备在本地用于数据分析和数据压缩。

随机和顺序写入

     有两种方法可以将数据写入存储设备。随机写入是指写入存储设备不同部分的零散数据，而顺序写入是指连续写入的数据，如视频记录。大多数应用程序将处理这两种写入方法的特定组合，但监控几乎完全依赖于顺序写入。因此，任何使用固态硬盘的监控系统都应该使用具有针对顺序写入进行优化的固件的设备。通过这种方式，可以将帧丢失保持在最低限度。

垃圾收集

     从固态硬盘中删除文件不是一个简单的过程。存储空间被划分为块，块被进一步划分为页。由于NAND闪存单元的固有特性，数据可以写入页面，但只能在块中删除。问题是，块通常会包含包含有效数据和要删除数据的页面。为了解决这个问题，当SSD不忙时，垃圾收集就开始了。有效数据被复制到一个新的块上，包含无效数据的第一个块被删除，使其打开以供写入新数据。

TRIM

     TRIM是一个用于提高垃圾收集效率的命令。文件系统是SSD的实际物理层的抽象。换言之，如果用户删除了一个文件，SSD不会立即拾取它，相反，只有在数据被覆盖后，SSD才会知道该文件无效。这可能导致数据在不同块之间不必要地移动，从而增加写入放大（WAI）。WA越高，SSD的NAND闪存单元磨损得越快，从而有效地缩短了设备寿命。

     TRIM通过立即将数据标记为无效来解决这个问题，无论原始页面是否被重写，允许在下一个垃圾收集周期中删除它。

磨损均衡

     对于任何计算机，都有某些文件在较长的时间内基本保持不变，例如系统文件和某些应用程序。由于NAND闪存单元随着每个编程/擦除（P/E）周期而退化，因此保存更永久数据的单元使用更少，导致单元的不均匀退化，并最终缩短寿命。损耗均衡可确保这些永久数据在块之间定期交换，以确保SSD发挥其最大潜力。

     监视行动依赖于一致、稳定的数据记录。这是通过减少可能导致帧丢失的因素来实现的。帧丢失通常是由不稳定的环境条件和电磁干扰引起的。对于固态硬盘来说，垃圾收集、TRIM和损耗均衡的后台操作也可能是一个影响因素。图1显示了在视频录制测试期间具有标准固件的SSD。一旦固件操作开始，顺序写入性能就会突然急剧下降。这转化为颗粒状图像和记录数据中可能出现的突然剪切。

图1：使用标准SSD进行记录测试

     现代监控功能通常要求数据同时读取和写入存储设备。由于它们的机械性质，硬盘驱动器无法处理这种操作，因为磁盘和读/写头只能移动得很快。为了全面实现面部识别和数据分析等功能，需要更快、更稳定的存储设备。

优化固件

     RECLine修改了垃圾收集和损耗均衡，使其更符合监控应用程序的要求。图2显示了在固件已优化的RECLine SSD上的测试运行。请注意，垃圾收集仍在运行，对顺序写入速度的影响微乎其微。

图2：RECLine SSD记录测试

     垃圾收集过程可能会导致写入速度减慢。有了标准固件，垃圾收集的频率在记录数据时不可避免地会导致帧丢失。RECLine改变了定时并降低了垃圾收集的频率，有效地分散了块之间的数据传输时间。一旦SSD耗尽了用户区域/逻辑空间中的容量（见图1），它将开始向备用区域写入（也称为过度配置），如下面图2所示。

图1:SSD的用户区域已完全写入

图2:SSD开始写入备用块0

     由于固件针对监控记录进行了优化，SSD将把所有顺序数据视为可重写数据。这意味着块0上的少量随机数据将慢慢地被分散的垃圾收集例程合并。当备用块0被完全写入时，数据将已经从块0中删除，并且有效的随机数据被合并（见图3）。由于少量有效数据的合并是在小型和分散的操作中处理的，因此垃圾收集造成的总体帧损失可以忽略不计。

图3：完整驱动器的分散垃圾收集

     损耗均衡的主要目的是确保数据写入在所有块之间均匀进行。然而，由于监控记录主要是顺序写入，由于数据被连续写入大多数块并从中删除，因此这个问题在很大程度上自行解决。因此，可以安全地降低损耗均衡频率，以确保更稳定的写入性能。

同时读/写

     与HDD的移动部件相反，顾名思义，固态驱动器没有移动部件。访问系统请求的数据只需找到正确的闪存部分即可。因此，SSD是需要同时进行读写操作的监控应用程序的最佳替代方案。

     固态硬盘是未来的存储介质。但对于监控而言，还有一些障碍需要解决。RECLine通过调整垃圾收集和损耗均衡来最大限度地减少帧丢失，为闪存驱动器的固有问题提供了优化的解决方案。通过这种方式，操作员可以确信他们的存储解决方案不会影响记录质量，并且系统已为任何现代监控功能做好准备。