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ZNS 架构: 解决传统SSD问题的高性能存储栈设计

元存储 2023-05-14 19:27:12
简介ZNS 架构: 解决传统SSD问题的高性能存储栈设计

2 ZNS 架构
2.1 ZNS storage 模型演进
先大体看一下 ZNS-ssd 的内部数据分布:

ZNS-ssd 像 OC 那种 channel,将整个SSD内部的存储区域分为多个zone 空间,每一段zone空间管理一段LBA(物理page和逻辑地址之间的映射),不同的zone 空间之间的数据可以是独立的。最主要的是,每一个zone 内部的写入 只允许顺序写,可以随机读。因为 zone 内部的顺序写特性,基本可以消除 SSD GC的开销。为了保证zone 内部的顺序写,在ZNS内部想要覆盖写一段LBA地址的话需要先reset(清理当前地址的数据),才能重新顺序写这一段逻辑地址空间。

同时一个完整的 ZNS设备是支持完整的存储栈,包括底层的块驱动到上层的文件系统都是已经实现好的。这个完整的存储栈就是相比于OC-ssd的优势,能够对外屏蔽复杂的接入功能,紧抓用户的使用习惯,用户软件可以做到基本零成本接入。

当然,仅限于底层是顺序写的存储应用。rocksdb / ceph的bluestore 等。
整个存储栈的演进是一个过程,并不是直接就推出了ZNS的设计,下文将会详细介绍,从ZNS 的演进过程我们也能看到ZNS 可应用场景的一些限制。

2.1.1 zone storage model

最开始的时候西数推出了zone 形态的存储模型,也就是上图中SSD内部的存储空间按照zone 进行了逻辑划分,而且只允许顺序写,覆盖写的前提是reset 之前的LBA。

这个时候的zone storage model 内部实现 以及一些约束可以从以下几个方面来看:

1 Per-zone state machine
如果想要确定一个zone 是否能够写,需要通

风语者!平时喜欢研究各种技术,目前在从事后端开发工作,热爱生活、热爱工作。