深入理解MEMS，MEMS存储设备故障管理

MEMS全称Micro Electromechanical System，微机电系统。是指尺寸在几毫米乃至更小的高科技装置，其内部结构一般在微米甚至纳米量级，是一个独立的智能系统。

MEMS也就是微机电系统，对于MEMS系统，我们或多或少有所认识。为增进大家对MEMS的了解，本文将对MEMS存储设备的故障管理予以介绍。

MEMS全称Micro Electromechanical System，微机电系统。是指尺寸在几毫米乃至更小的高科技装置，其内部结构一般在微米甚至纳米量级，是一个独立的智能系统。主要由传感器、动作器(执行器)和微能源三大部分组成。MEMS存储器是一种新型存储器件，具有高密度、低功耗、非易失、多探针并行访问等特点，相对于传统磁盘具有明显优势。可以填补RAM和磁盘之间的性能差距，可在计算机系统中承担多种角色，为新型高性能海量存储系统结构研究带来新思路和新方法。MEMS是一个独立的智能系统，可大批量生产，其系统尺寸在几毫米乃至更小，其内部结构一般在微米甚至纳米量级。在下面的内容中，小编将基于几个方面对MEMS存储设备故障管理加以阐述，详细如下。

一、内部故障

磁盘常见的故障有两种：可恢复故障和不可恢复故障。MEMS存储设备也会出现类似的故障。但是，MEMS存储设备可以采用多个探针来弥补组件故障，包括可能会导致设备不可用的故障。

对MEMS存储设备来说，有效的纠错码可以通过分布在多个探针上的数据计算得到。在G2模型中，每个512字节的数据块和ECC码分布在64个探针之问。Ecc码包括一个垂直部分和一个水平部分。ECC码水平部分可以从故障的扇区得到恢复，而垂直部分指出哪些扇区可以作为故障扇区对待，同时将大的错误转化为扇区擦除操作。这个简单的机制说明大部分的内部故障是可以恢复的。

像磁盘一样，MEMS存储设备也保留了一些的备用空间(spare space)，用来存储由于探针和介质故障而无法保存在默认位置的数据。MEMS存储设备的多个探针可以在一个磁道上并行访问数据，可以避免由于故障需要重新映射带来的性能和预测开销。而且，通过在每个磁道设置一个或者多个备用探针(spare tips)，不可读取的数据被重新映射到空闲探针相同的扇区。

二、设备故障

MEMS存储设备也很容易受到不可恢复的故障影响：外部机械或者静电强大的作用力能够损坏触动器的集电刷或者折断弹簧，破坏介质表面，损坏设备的电子装置或者破坏数据通道。如果出现这些故障，可以采用与磁盘一样的方式来处理。例如，采用设备内部的冗余和周期性的备份来处理设备故障。

MEMS存储设备的机械特性在一些容错机制中更适合处理读一更新一写(read-modify-write)操作。一般的磁盘需要转完整的一圈才能到达相同的扇区，而MEMS存储设备可以快速的反转方向，大大减少了读一更新一写的延迟。

三、故障恢复

同磁盘一样，文件系统和数据库系统需要维护存储在MEMS存储设备上对象内部的一致性。虽然采用同步写操作对性能具有一定影响，但是，MEMS存储设备的低服务时间可以减少这种损失。另外，MEMS存储设备没有转轴启动的时间，因此设备启动速度快，大概只需要0.Sms。即使是高端磁盘，也需要15-25s的时间来启动转轴和完成初始化。同时，因为不需要启动转轴，就不需要考虑启动转轴需要的功耗，也就没必要采取任何减少功耗的技术，这些都使得所有的MEMS存储设备可以同时启动，系统启动的时间从秒级降到毫秒级。