大数据存储ZNS，缘起与进化：Open-Channel SSD到ZNS的发展
缘起与进化：Open-Channel SSD到ZNS的发展
1. Open-Channel SSD的出现与实现
- 背景：传统NVMe SSD因通用块I/O接口限制，存在性能和效率瓶颈。
- Open-Channel SSD特点：
- 主机控制权：主机端可控制写入顺序和位置，优化处理。
- I/O隔离：物理上隔离的PU（NAND操作基本单元）实现不同应用的性能隔离。
- 可预测的命令时延：主机掌握所有命令操作，精确控制读写时延。
- 实现：将FTL功能从SSD Firmware迁移到主机端，实现数据放置、垃圾回收等管理。
1.2 Open-Channel SSD的局限性
- 需要主机软件支持，开发复杂。
- 主机端需深入了解SSD内部原理，实现定制FTL。
- 主机与SSD分工复杂，特别是在处理纠错和数据磨损问题。
2. ZNS的提出与实现
- 目的：解决Open-Channel的缺点，提供标准化的Zone接口。
- ZNS优势：
- 更高效的垃圾回收。
- 延迟可预测。
- 减少OP（Over Provisioning）空间，降低成本。
- 减少DRAM使用，提高带宽。
2.2 ZNS实现模型
- 将Namespace逻辑地址空间切分成多个Zone。
- Zone操作包括读、追加写、管理，与传统NVMe SSD相比，具有性能优势。
3. 实例：Shannon Systems SP4ZNS盘评测
- SP4 ZNS盘在性能测试中展现出色，连续写和随机读性能显著提升。
4. ZNS生态探索：RocksDB + ZenFS + ZNS SSD
- RocksDB：专为闪存设计的数据库，适合ZNS SSD。
- ZenFS：为ZNS设计的用户态文件系统，作为RocksDB的backend。
- 性能对比显示，ZNS SSD在写性能和读时延方面优于传统盘。
5. 展望
- ZNS应用生态仍有优化空间，如数据组织、Compaction过程等。
- 探索数据直接在盘内转移，降低RocksDB负载，提高传输效率。
- 未来可能的方向包括可变Zone Size、文件系统优化、内核驱动API暴露等。
总结：从Open-Channel SSD到ZNS，体现了存储技术从主机控制到标准化、商业化的演进，为提高SSD性能和效率开辟了新路径。