一、paper思想及基础知识简介 针对现有硬盘测试工具仍主要面向HDD进行测试的问题，本paper设计并实现了一个可多方面自动化测试固态盘的固态盘测试系统。该测试系统支持以下四种类型的测试： 1.性能测试：测试对于不同的IO大小以及不同的访问模式（随机、顺序）下，固态盘所反映出的读写性能。 2.MBI测试：即老化测试，media burn in test，是在全盘范围内写入数据来模拟用户对固态盘的使用，并随后将写入的数据读出进行校验，判断数据是否正确写入，用于测试随着不断地使用固态盘维持数据完整性的能力。 3.掉电测试：掉电测试是指在测试过程中，先对固态盘上电；延迟一段时间后，随机选取一个逻辑块地址LBA,作为起始地址，开始写入指定的数据，在写入过程中随机断电；延迟一定时间后，再对固态盘上电，判断固态盘的电路能否继续正常工作；将掉电前写入的数据读出并进行校验，判断读出的数据是否与写入的数据相同。通过掉电测试，判断固态盘发生异常掉电时电路是否正常，数据是否正常。 4.功耗测试：功耗测试是基于性能测试的同时，读出测试盘上的电流、电压、功率值，分析固态盘在不同使用场景的功耗情况。
二、整体架构设计
图1.固态盘测试系统总体架构图 测试系统主要分为3个部分，即测试机、全局服务器及用户。测试人员通过局域网或者Internet登陆服务器，服务器运行Web Server，通过FTP服务为测试节点提供网络引导服务，启动操作系统，之后即可对测试机进行管理和操作。8个测试机（每个测试机连接16个盘位，负责对盘位上的SSD进行监控和测试）位于温度可控的机柜中，服务器通过串口协议与机柜中的温度模块进行通信，设定机柜温度，测试机可实时监测温度值并将数据返回给服务器。 测试机的主要功能：1.执行服务器发送的操作指令；2.查询机柜、测试机以及待测SSD的基本信息并反馈；3.执行测试脚本并反馈测试结果数据（测试人员通过Web在线编辑或上传测试脚本，发送到指定测试机上进行测试，网页页面显示出测试机的测试数据并自动生成log文件和测试报告）；4.实时监控测试机状态、盘位上SSD状态，包括温度、电流、功耗等。
三、软件架构设计与实现 软件架构分为两个层次：上层是基于B/S模式的Web服务器，在J2EE平台采用MVC模式进行实现，作为操作端，用来操控管理测试机，下发测试任务；下层是在Linux环境下运行测试进程的测试机，作为执行端，使用shell脚本调度各测试进程执行测试任务，并向服务器返回数据。 服务器和测试机之间通过传输控制协议TCP/用户数据报协议UDP来进行通信，并制定严格的通信协议来相互识别命令、脚本及解析反馈信息。 图2.软件功能模块图 测试机（执行端）数据流程图如图2所示：负载发生器（对Iometer和FIO等源码进行修改）产生模拟多种真实应用环境的I/O负载，记录受测系统的I/O性能，并且记录基准测试程序运行过程中的环境变化，最终生成受测系统的性能评价。（个人理解：主机系统在硬件层面指包含测试机的系统，受测系统在硬件层面指包含SSD的系统。） 基准测试的基本步骤：1.主机系统和受测系统开机完毕，记录两者的软硬件数据；2.控制工作负载达到所需求的吞吐量；3.收集记录外设通讯模块参数，同时记录机器性能参数；4.处理数据生成报表。 图3.测试机数据流程图
四、主控线程的设计与实现（测试系统需要一定的自主性和自控能力） 图4.主控线程模块 其中，1）响应网页请求：用户向服务器发送请求（开始测试、终止测试、刷新、重启测试机），请求在小服务程序（servlet）中获得并告知主控线程，主控线程得知后对请求进行处理。 2）接收数据包并处理：采用非阻塞socket通道监听数据包（heartbeat心跳包、测试中间结果包、最终结果包、基本信息包、错误包）。其中心跳包由测试机主动每隔1s发送，用于报告测试固态盘的实时状态，其他包由服务器请求后返回。 3）测试脚本延迟、分批发送：每个子脚本是一次实际测试，每个测试脚本可能包含多个测试子脚本。 4）定时广播：每隔一段时间向局域网内广播一次服务器的IP和端口信息，用于发现新的测试机，如果有新的测试机收到该广播信息，会开始向服务器定时发送心跳包。 5）检测失联：轮询各个测试机和固态盘的状态，状态为“存在”的测试机和测试中的固态盘如果长时间没有收到数据包，判定处于失联状态。 6）异常控制：通过状态变迁机制、轮询机制、实时心跳包分析，主控程序可以实时撞我状态，并对测试异常进行自动控制。
五、测试方案与测试结果（对一个固态盘进行测试） flash先擦后写的特性，以页为最小单位写入，以块为最小单位擦除的特性，会导致固态盘的性能随着使用发生变化，对固态盘先进行一次性能测试，经过100次掉电测试及48h的MBI测试后，再用同样的测试方案对盘进行第二次性能测试，并将两次测试的结果进行对比。此举是为了考察固态盘的性能一致性（两次性能测试如果连着进行的话性能差别体现不明显或者没有差别）。 1.性能测试结果：
图5.随机读IOPS
图6.随机写IOPS
图7.顺序读带宽
图8.顺序写带宽 2.MBI测试结果： MBI测试过程中出现了4593565次数据对比错误，可见此盘在使用过程中并不能完全保证存储数据的完整性。
3.掉电测试结果： 此固态盘在掉电后，硬盘的硬件电路能够正常工作，但不能保证正常存储数据。
六、知识点总结及扩展 1. 现有的硬盘测试工具对比：HD Tune Pro，MHDD，HD_Speed，CrystalDiskMark，PC Mark7中的storage存储测试子项等 1）HD Tune Pro是一款硬盘 / SSD的测试工具，它可以被用来测试盘的性能，扫描错误，检测盘的健康状况(xddl)及安全擦除所有数据等。 具体介绍及下载： http://www.hdtune.com/index.html 2）MHDD：俄罗斯Maysoft公司出品的专业硬盘工具软件，具有很多其他硬盘工具软件所无法比拟的强大功能。目前，这个软件已停止研发。不能用于SSD。 具体介绍： http://baike.so.com/doc/5464825-5703156.html 3）HD_Speed：是一个简单的实用程序，它用于计算硬盘中的数据传输速度。支持NTFS和FAT文件系统并且不需要安装。 下载地址： https://hd-speed.en.softonic.com/ 4）CrystalDiskMark：是一个日本人开发的测试软件，主要是因为传统的机械硬盘测试软件的局限性太大（以持续传输速度为主），为了表现出SSD的随机性能强，必须对测试项目稍作改良（增加4KB随机性能测试）。从3.0版开始，增加了NCQ测试（QD32），数据模型选择（随机填空，用0填空，用1填空）。目前最新版5.2.1。 具体介绍： http://www.360doc.com/content/17/0203/20/7863900_626282936.shtml 5）PCMark 7：是一套针对Windows 7 PC系统进行综合性能分析的测试套装。PCMark 7包含七个不同的测试环节，由总共25个独立工作负载组成，涵盖了存储、计算、图像与视频处理、网络浏览、游戏等PC日常应用的方方面面。其storage存储测试子项可单独测试PC的存储子系统性能。 在查找资料的过程中发现了两篇评测文章，文章中有对一些测试工具的介绍，可以作为参考： http://diy.pconline.com.cn/cpu/reviews/1207/2874207_4.html http://diy.pconline.com.cn/341/3410839_4.html
2. SSD的掉电保护： 为了提高电子盘的读写性能，大部分SSD控制器通过内部集成RAM或外部扩展RAM方式增加缓存，每次计算机系统内存的数据写到SSD时，都先写到SSD的缓存中，SSD控制器再将缓存中的数据写入到NAND Flash中。因此，在电源没有任何保护措施的情况下，如果SSD突然掉电（即外部供电在突发意外情况下发生浪涌或断电），将会造成缓存中的数据完全丢失，轻则丢失数据，重则导致系统崩溃。 为了防止这种情况发生，我们需要增加一种掉电保护机制，用于预防SSD缓存中的数据丢失。掉电保护增加了2部分功能，一部分是电压检测模块，用于检测外部电压过低时，向SSD控制器产生中断；另一部分功能则是电源储能模块，用于在外部电压过低时能够给SSD提供足够长时间的续航能力。当电压检测模块检测到外部电压过低时，将产生一个中断给SSD控制器，同时电源储能模块启动供电，SSD控制器接收到中断之后将SSD缓存中的数据保存至NAND Flash中。整个过程中，电源储能模块的持续续航能力足以保证SSD控制器将缓存中的数据完全保存至NANDFlash中，从而实现掉电保护。如下图所示：
3. Web研发模式：可以看下github上的一篇文章： https://github.com/lifesinger/blog/issues/184