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类型GBT - 信息技术-固态盘测试方法.doc

  • 上传人:oceanpvg
  • 文档编号:3369687
  • 上传时间:2018-10-19
  • 格式:DOC
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    GBT - 信息技术-固态盘测试方法.doc
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    1、ICS 01.040.35L63中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准GB/T XXXXXXXXX信息技术 固态盘测试方法Information technologyThe test method of solid state disk(征求意见稿)XXXX - XX - XX 发布 XXXX - XX - XX 实施GB/T XXXXXXXXXI前 言本标准由全国信息技术标准化技术委员会提出。本标准由全国信息技术标准化技术委员会(SAC/TC 28)归口。本标准主要起草单位:中国电子技术标准化研究院、国家电子计算机质量监督检验中心、华为技术有限公司、华中科技大学、西北工业大学、航天科工集

    2、团二院706所、浪潮电子信息产业股份有限公司、广东省东莞市质量监督检测中心、中国信息通信研究院。本标准主要起草人:阳小珊、吴非、张晓、王吕大、周景才、陈伟权、冯丹、赵江、陈海、张展新、郭亮、刘根。IIGB/T XXXXXXXXXIII引 言固态盘(Solid State Drive,简称 SSD)是一种以 Flash 为存储单元的存储设备。固态盘涉及集成电路和软件,本标准不覆盖集成电路功耗、环境耐受度和可靠性等方面的测试方法,它们的测试方法请参见集成电路相关标准。GB/T XXXXXXXXX1信息技术 固态盘测试方法1 范围本标准规定了固态盘(以下简称“被测设备”或“DUT”)的覆盖数据存储的

    3、功能和性能的测试方法。固态盘功耗、环境耐受度、可靠性等硬件功能和性能的测试方法不在本标准范围内。本标准适用于固态盘的测试。2 术语、定义和缩略语2.1 术语和定义下列术语和定义适用于本文件。2.1.1 固态盘驱动器 solid state disk drive以电子存储器或存储模块作为主要记录媒体进行数据读写的存储设备。2.1.2 标称容量 nominal capacity被测设备的相关说明上注明的明示容量。用 PB、 TB、GB、MB 、KB 或 PiB、TiB、GiB、MiB、KiB 表示,其中:a) 1KB = 1 000(10 3)字节;b) 1MB = 1 000 000(10 6)

    4、字节;c) 1GB = 1 000 000 000(10 9)字节;d) 1TB = 1 000 000 000 000(10 12)字节;e) 1PB = 1 000 000 000 000 000(10 15)字节;f) 1KiB = 1 024(2 10)字节;g) 1MiB = 1 048 576(2 20)字节;h) 1GiB = 1 073 741 824(2 30)字节;i) 1TiB = 1 099 511 627 776(2 40)字节;j) 1PiB = 1 125 899 906 842 624(2 50)字节。2.1.3 可用容量 usable capacity实际可访

    5、问的存储容量。一般以“512 Byte扇区数”进行表述,单位换算按照二进制计算。注:不同场合常见的换算方法:1)操作系统中换算关系为1TiB=1024GiB,1GiB=1024MiB,1MiB=1024KiB;2)生产厂家的换算关系为1TB=1000GB,1GB=1000MB,1MB=1000KB。因此在BIOS中或在格式化硬盘时看到的实际容量会比生产厂家的标称容量要小。因固态盘需要预留坏块替换的存储空间,可用容量比按照二进制关系换算GB/T XXXXXXXXX2后的实际容量空间还小。2.1.4 数据传输率 data transfer rate 单位时间内所传输的数据位数。单位换算按照二进制计

    6、算。注:用Mbps或 Gbps表示,其中Mbps = 2 20字节/秒,Gbps = 2 30字节/秒。2.1.5 逻辑块地址 logic block address在逻辑上,将被测设备的可用容量划分成大小相等的逻辑块,从0开始对逻辑块依次编号,每个逻辑块的编号就是其对应的逻辑块地址。2.1.6 初始态 initial state被测设备在经过初始化后投入使用前的状态,此时被测设备中每一个页都可以直接写入数据,被测设备的读写性能理论上很高。2.1.7 稳态 steady state 被测设备的性能变化幅度较小或性能趋于稳定时所对应的状态。2.1.8 清空 purge指以下过程:将被测设备中写入

    7、的数据全部擦除,使得被测设备的状态近似于初始态。2.1.9 原生命令队列 native command queuing当用户向被测设备发送多条命令时,通过对内部命令队列中的命令进行重新排序以优化被测设备性能的技术。2.1.10 固态盘接口 solid state disk interface固态盘与其它设备实现物理互联,同时支持对应的通信规则的协议。2.2 缩略语以下缩略语适用于本文件。BS:块大小(Block Size)DUT:被测设备(Device Under Test)FFR:功能失效(Function Failure)I/O:输入/输出(Input/Output)IOPS:每秒进行输入

    8、/输出的次数(Input/Output Per Second)LBA:逻辑块地址(Logic Block Address)LT:响应时间(Latency)GB/T XXXXXXXXX3NCQ:原生命令队列(Native Command Queuing)PCIe:高速外设部件互联(Peripheral Component Interconnect-Express)P/E:编程/擦除(Program/Erase)SSD:固态盘(Solid State Disks/Drives)UNC:不可修复代码(Uncorrectable Code)3 测试环境3.1 环境本标准要求的所有测试在未加特殊说明时,

    9、均在标准测试环境下进行。3.2 硬件环境本标准要求的所有测试在未加特殊说明时,测试系统提供的硬件接口与 DUT 接口相同,或能够完全兼容 DUT 接口。3.3 软件环境本标准要求的所有测试在未加特殊说明时,均应在下述软件环境下进行:a) 软件环境至少包括操作系统和测试软件工具;b) 操作系统应符合 DUT 的使用要求;c) 所用的测试软件工具应满足以下条件:1) 能够生成指定的工作负载,同时能够记录测试过程中的结果数据;2) 既能发送随机的 I/O 请求,也能发送顺序的 I/O 请求;3) 能够指定测试过程中所访问的 LBA 范围;4) 能够设置 I/O 传输的 BS;5) 能够设置 I/O

    10、的读写比例;6) 能够设置 I/O 的随机比例;7) 能够设置队列深度;8) 能够针对不同的测试指标提供相应的输出信息;9) 保证所有测试步骤连续进行,防止测试间歇对 DUT 的状态产生不可预期的影响或变化。4 功能测试4.1 接口协议4.1.1 测试环境测试环境应满足以下要求:a) 物理环境满足第 4.1 节的要求。b) 硬件环境1) 满足第 4.2 节的要求。2) DUT 的待测接口没有连接任何接口转换装置。c) 软件环境GB/T XXXXXXXXX4满足第 4.3 节中第 c)中的 1)、2)、3)款的要求。4.1.2 测试方法a)预置条件无。b)测试步骤1) 连接 DUT 的待测接口;

    11、2) 需要时,安装 DUT 的驱动程序,并确认驱动程序正常工作;3) 通过操作系统或其它常用的测试工具检查接口类型和接口协议的版本;4) 记录接口类型和接口协议的相关信息,结束本项测试。4.2 可用容量4.2.1 测试环境测试环境应满足以下要求:a)物理环境满足第 4.1 节的要求。b)硬件环境满足第 4.2 节的要求。c)软件环境1) 操作系统满足 4.3 节的要求;2) 已安装必要的驱动程序(如 PCIe 接口固态盘驱动);3) 安装好用于对比文件内容是否一致的软件。注: 可参考但不限于使用附录A.1推荐的软件。4.2.2 测试方法a)预置条件无。b)测试步骤使用块设备读写软件进行测试:1

    12、) 擦除 DUT 中已有数据;2) 向 DUT 可访问到的 LBA 地址空间写入随机数据,直至写满;3) 正常关闭系统,并重启系统;4) 将数据全部读出,并与原始数据进行对比;5) 如果对比结果一致,则按照公式:可访问到的 LBA 地址空间0.5KiB,计算可用容量的大小;6) 对于有标称容量的产品,把上述步骤计算的可用容量单位转化成 DUT 标称容量的单位和容量,若可用容量标称容量90%,则测试通过,否则测试不通过;7) 对于没有标称容量的产品,记录上述测试结果,结束本项测试。注: 块设备读写软件可参考但不限于附录A.2推荐的软件。4.3 掉电数据保护4.3.1 测试环境GB/T XXXXX

    13、XXXX5测试环境应满足以下要求:a)物理环境满足第 4.1 节的要求。b)硬件环境满足 4.2 节的要求。为了测试方便和准确,可使用专用测试设备或仪器。c)软件环境1) 操作系统满足 4.3 节的要求;2) 已安装必要的驱动程序(如 PCIe 接口固态盘驱动);3) 用于比较文件内容是否一致的软件。注: 可参考但不限于使用附录A.1推荐的软件。4.3.2 测试方法a)预置条件1) 被测设备(DUT)与测试系统连接,确认 DUT 能正常工作;2) 准备好满足要求的测试用的文件。b)测试步骤1) 使能可编程电源的输出,给测试系统加电;2) 对 DUT 进行格式化;3) 写入预先准备的文件,运行自

    14、动化测试脚本对 DUT 进行循环读写操作;4) 读写操作期间,随机控制可编程电源断电;5) 保持断电状态 10 秒以上;6) 使能可编程电源的输出,给测试系统再次加电;7) 使用文件比较软件进行数据比对,若结果一致,则通过本次测试,跳到步骤 10);否则,执行下一步;8) 使用操作系统或者第三方文件系统测试软件,报告文件系统丢失或者错误,若文件系统未发现错误,则通过本次测试,跳到步骤 10);否则,执行下一步;9) 如果文件系统丢失或者错误,则对 DUT 重新格式化,格式化后,DUT 可正常读写,则通过本次测试,跳到步骤 10);否则本次测试失败,跳到步骤 11);10) 记录累计测试次数,如

    15、果达到测试要求的最大次数,则跳到步骤 11);否则,返回步骤1),进行下一轮测试。11) 记录测试结果,结束本项测试。5 性能测试需对DUT的以下三项性能指标进行测评。5.1 IOPS5.1.1 测试环境测试环境应满足以下要求:a)物理环境满足第 4.1 节的要求。b)硬件环境GB/T XXXXXXXXX6满足第 4.2 节的要求。c)软件环境满足第 4.3 节的要求,并同时满足以下要求:1) 能够向 DUT 发送随机的 I/O 请求;2) 能够指定测试过程中 I/O 传输的数据总量;3) 能够指定测试时间;4) 能够提供与 IOPS 相关的输出信息。5.1.2 测试方法a)预置条件1) 连接

    16、 DUT 与测试系统,确认 DUT 能正常工作;2) 启动测试工具,确认测试工具能够向 DUT 正常发送 I/O 请求并产生相应的结果;3) 根据 DUT 的特性设置队列深度。如果 DUT 支持 NCQ,则将队列深度设置为 DUT 所支持的NCQ 的最大值,否则,将队列深度设置为 1;4) 设置测试的进程/线程数;5) 设置生成的工作负载中的数据为随机数。注:测试工具可参考但不限于附录A.4推荐的软件。b)操作步骤1) 设置测试工作负载的读写比例为 100/0;2) 设置测试工作负载的 I/O 块大小(BS)为 0.5 KiB;3) 清空 DUT,如果 DUT 不支持此操作,则略过此步骤;4)

    17、 对 DUT 的全部存储空间执行 BS 为 128 KiB 的顺序写操作,此操作重复执行两次;5) 设置写入数据量为 DUT 可用容量的 1%,然后执行 BS 为 4 KiB 的随机写操作,此操作执行一次;6) 利用测试工具生成工作负载对 DUT 进行测试,测试时间 60 秒,记录测试 IOPS 值;7) 重复执行步骤 6),25 次后结束;8) 如果在测试过程中,DUT 达到了稳态,则取稳态下连续五次测试的结果的平均值作为此工作负载所对应的 IOPS;如果 DUT 始终没有达到稳态,则取最后五次测试的结果的平均值作为此工作负载所对应的 IOPS;9) 保持测试工作负载的读写比例不变,依次设置

    18、 BS 为 4 KiB、8 KiB、16 KiB、32 KiB,重复步骤 3)8);10) 依次设置测试工作负载的读写比例为 67/33、50/50、33/67、0/100,重复步骤 2) 9);11) 取各工作负载下 IOPS 的最大值作为最终测试结果。5.2 响应时间5.2.1 测试环境测试环境应满足以下要求:a)物理环境满足第 4.1 节的要求。b)硬件环境满足第 4.2 节的要求。GB/T XXXXXXXXX7c)软件环境满足第 4.3 节的要求,并同时满足以下要求:1) 能够向 DUT 发送随机的 I/O 请求;2) 能够指定测试过程中 I/O 传输的数据总量;3) 能够指定测试时间

    19、;4) 能够提供与响应时间(LT)相关的输出信息。5.2.2 测试方法a)预置条件1) 连接 DUT 与测试系统,确认 DUT 能正常工作;2) 启动测试工具,确认测试工具能够向 DUT 正常发送 I/O 请求并产生相应的结果;3) 设置 I/O 请求的队列深度为 1;4) 设置测试的进程或线程数;5) 设置生成的工作负载中的数据为随机数。注:测试工具可参考但不限于附录A.4推荐的软件。b)操作步骤1) 设置测试工作负载的读写比例为 100/0。2) 设置测试工作负载的 I/O 块大小(BS)为 0.5 KiB。3) 清空 DUT,如果 DUT 不支持此操作,则略过此步骤。4) 对 DUT 的

    20、全部存储空间执行 BS 为 128KiB 的顺序写操作,此操作重复执行两次。5) 设置写入数据量为 DUT 可用容量的 1%,然后执行 BS 为 4KiB 的随机写操作,此操作执行一次。6) 利用测试工具生成工作负载,对 DUT 进行测试,测试时间为 60 秒。记录数据 LT;7) 重复执行步骤 6),25 次后结束;8) 如果在测试过程中,DUT 达到了稳态,则取稳态下连续五次测试的结果的平均值作为此工作负载所对应的响应时间;如果 DUT 始终没有达到稳态,则取最后五次测试的结果的平均值作为此工作负载所对应的响应时间;9) 保持测试工作负载的读写比例不变,依次设置 BS 为 4 KiB、8

    21、KiB,重复步骤 3)8);10) 依次设置测试工作负载的读写比例为 67/33、33/67、0/100,重复步骤 2)9);11) 取各工作负载下响应时间的最小值作为最终测试结果。5.3 数据传输率5.3.1 测试环境测试环境应满足以下要求:a)物理环境满足第 3.1 条的要求。b)硬件环境满足第 4.2 节的要求。c)软件环境满足第 4.3 节的要求,并同时满足以下要求:1) 能够向 DUT 发送随机的 I/O 请求;2) 能够指定测试过程中 I/O 传输的数据总量;GB/T XXXXXXXXX83) 能够指定测试时间;4) 能够提供与数据传输率相关的输出信息。5.3.2 测试方法a)预置

    22、条件1) 连接 DUT 与测试系统,确认 DUT 能正常工作;2) 启动测试工具,确认测试工具能够向 DUT 正常发送 I/O 请求并产生相应的结果;3) 根据 DUT 的特性设置队列深度。如果 DUT 支持 NCQ,则将队列深度设置为 DUT 所支持的NCQ 的最大值,否则,将队列深度设置为 1;4) 设置测试的进程/线程数;5) 设置生成的工作负载中的数据为随机数。注:测试工具可参考但不限于附录A.4推荐的软件。b)操作步骤1) 设置测试工作负载的读写比例为 100/0;2) 设置测试工作负载的 I/O 块大小(BS)为 1024 KiB;3) 清空 DUT,如果 DUT 不支持此操作,则

    23、略过此步骤;4) 在全盘范围内执行 128 KiB 的顺序写操作,此操作重复执行两次;5) 设置写入数据量为 DUT 可用容量的 1%,然后执行 BS 为 4 KiB 的随机写操作,此操作执行一次;6) 利用测试工具生成工作负载,对 DUT 进行测试,测试时间为 60 秒。记录测试的数据传输率;7) 重复执行步骤 6),25 次后结束;8) 如果在测试过程中,DUT 达到了稳态,则取稳态下连续五次测试的结果的平均值作为此工作负载所对应的数据传输率;如果 DUT 始终没有达到稳态,则取最后五次测试的结果的平均值作为此工作负载所对应的数据传输率;9) 保持测试工作负载的读写比例不变,设置工作负载的

    24、 BS 为 128 KiB,重复步骤 3)8);10) 设置测试工作负载的读写比例为 0/100,重复步骤 2)9);11) 取各工作负载下数据传输率的最大值作为最终结果。5.4 数据保存时效5.4.1 测试环境测试环境应满足以下要求:a)物理环境满足第 4.1 节的要求。b)硬件环境1)测试设备:满足能同时支持 94 块固态盘,能安装测试软件工具;2)恒温箱:满足放置上述测试设备(所有测试设备置于恒温箱中进行测试) 。c)软件环境1)负载生成软件;注:测试软件工具可参考但不限于附录A.3推荐的软件。2)能收集 DUT 的 UNC 和读写数据量的软件工具。5.4.2 测试方法GB/T XXXX

    25、XXXXX9a)预置条件选取测试样本数量94块。b)操作步骤1) 取 50%测试样本,即 47 块固态盘,在低温温度 T25条件下,所有固态盘通过负载生成软件运行 JEDEC219 码流,不间断运行,直到将固态盘的 P/E 写到 100%;2) 取步骤 1 的 47 块固态盘,在常温温度 T=40条件下,所有固态盘通过负载生成软件全盘写一遍;3) 取步骤 2 的 47 块固态盘,在室温温度 10T30条件下,放置时间500 小时;4) 取另外 50%测试样本,即 47 块固态盘,在高温温度 60T74条件下,所有固态盘通过负载生成软件运行 JEDEC219 码流,不间断运行,直到将固态盘的 P

    26、/E 写到 100%;5) 取步骤 4 的 47 块固态盘,在常温温度 T=40条件下,所有固态盘通过负载生成软件全盘写一遍;6) 取步骤 5 的 47 块固态盘,在高温温度 T66条件下,放置时间96 小时;对经过低温分流测试和高温分流测试的所有样本,在常温温度 T=40条件下,全盘读一遍;7) 收集并记录所有固态盘读 UNC 数之和、所有固态盘读数据量之和、所有固态盘写数据量之和、失效固态盘个数。GB/T XXXXXXXXX10附 录 A(资料性附录)推荐测试软件工具A.1 文件比较软件推荐WinMerge或KDiff3作为文件比较软件。A.2 块设备读写软件推荐IOmeter或IOzon

    27、e作为块设备读写软件。A.3 负载生成软件推荐IOmeter、FIO和vdAench作为负载生成的软件。A.4 性能测试软件推荐IOmeter和FIO作为性能测试软件。_GB/T XXXXXXXXX11国家标准固态盘测评技术规范 (征求意见稿)编制说明一、工作简况本标准是国家标准化管理委员会发布的2013年第一批国家标准计划项目,发布文件名为“国家标准委关于下达2013年第一批国家标准制修订计划的通知”,文号为“国标委综合201356号”,计划编号为20130356-T-469,计划标准名称为固态硬盘测评技术规范,归口单位为全国信息技术标准化技术委员会。标准的主要承办单位为国家电子计算机质量监

    28、督检验中心,协作单位为华为技术有限公司、华中科技大学、西北工业大学、航天科工集团二院706所、浪潮电子信息产业股份有限公司、广东省东莞市质量监督检测中心。标准的主要起草人包括阳小珊、吴非、周景才、冯丹、张晓、王吕大、陈伟权、赵江、刘根。其中,阳小珊主导标准编制,组织参编单位,并组织会议和技术交流,形成不同的标准版本,组织各单位编写和汇编内容。吴非主导性能测试部分、周景才主导可靠性测试部分,冯丹主导部分功能测试,张晓主导能耗测试部分,王吕大主导部分功能测试,曹伟强和赵江等提出相关修改意见和建议。整个标准的编制过程经历了较长的讨论和交流时间,组织了7次正式会议和多次非正式技术讨论和交流,从标准的框

    29、架、内容和各种参数进行了多次讨论,对实际测试需要的时间和测试顺序进行了重点考虑,最终形成了目前的征求意见稿。二、标准编制原则和确定主要内容的论据及解决的主要问题本标准基于以下编制原则。1、可行性标准的内容要能落地,能给使用者明确的建议。2、准确性标准的内容经过不同的使用者,测试出来的结果是相同或相近的。3、科学性因固态盘只有有限的擦写次数,因此,测试顺序直接影响测试结果,因此,需要从测试顺序、测试时长等全面考虑如何测试。GB/T XXXXXXXXX124、先进性标准要满足现有的常见品牌产品的测试需求。本标准确定内容的主要论据是:功能测试方面,重点从用户比较关心的重要问题,包括接口是否支持、容量

    30、的标称与实际差异、异常掉电时对数据的保护能力。性能测试方面,从IOPS、响应时间和数据传输率对产品进行测试,并规定测试负载情况。能耗测试方面,节能降耗的作用,规定其在不同负载下的负责消耗。本标准解决的主要问题包括测试环境的规定,性能测试的初始化条件(解决不同的条件测试结果不同的问题),测试参数设置和测试步骤等问题。三、主要试验或验证情况分析因成本问题,目前只对标准规定的除了可靠性部分内容进行简单和少量的验证,验证了测试方法的可行性,未对市场上常见的产品进行大规模比较试验。四、知识产权情况说明不涉及其它专利等知识产权。五、产业化情况、推广应用论证和预期达到的经济效果本标准可直接应用到各相关的第三

    31、方测试机构,作为其检测 SSD 的直接检测标准,也可以作为企业研发自主产品的测试标准。根据目前行业发展现状,固态存储的应用已经非常广泛,且性价比已经明显提高,与传统的机械磁盘相比,优势越来越明显。目前,许多大容量存储行业已经广泛使用固态存储。因此,随着技术和市场的发展,固态盘的测试需求将更加旺盛,本标准能产生的经济效果将非常巨大。六、采用国际标准和国外先进标准情况本标准编制过程中参考了 JEDEC 和 SNIA 的相关标准和规范,但未采用其内容。七、与现行相关法律、法规、规章及相关标准的协调性GB/T XXXXXXXXX13符合国内相关的现行法律、法规和规章。本标准对暂未正式发布的电子行业标准信息技术 固态盘通用规范是一个进一步的补充。八、重大分歧意见的处理经过和依据无。国家标准固态盘测评技术规范编制工作组2016-10-29

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