El director de desenvolupament de programari de Western Digital ha proposat un nou sistema d'arxius Zonefs en la llista de correu de desenvolupadors de nucli de Linux, Amb el objectiu de simplificar la feina de baix nivell amb dispositius d'emmagatzematge per zones. Zonefs associa cada zona en la unitat amb un arxiu separat que pot usar-se per emmagatzemar dades en mode sense processar sense manipulació en el sector i el nivell de bloc.
Zonefs no és un FS compatible amb POSIX i està limitat per un abast bastant limitat que permet a les aplicacions utilitzar l'API d'arxiu en lloc d'accedir directament a un dispositiu de bloc usant ioctl. Els arxius associats amb zones requereixen operacions d'escriptura seqüencials que comencen des del final de l'arxiu (escriptura en mode de complement).
Els arxius proporcionats en Zonefs es poden usar per a col·locar bases de dades a la part superior de les unitats zonificades utilitzant estructures de registre de fusió estructurada de registre (LSM), començant pel concepte d'un arxiu: una zona d'emmagatzematge.
Per exemple, s'utilitzen estructures similars a les bases de dades RocksDB i LevelDB. L'enfocament proposat fa possible reduir el cost de portar codi que va ser dissenyat originalment per manipular arxius en lloc de bloquejar dispositius, així com organitzar treballs de baix nivell amb unitats zonificades des d'aplicacions en llenguatges de programació que no siguin C.
Sota unitats dividides en zones destinades dispositius per a unitats de disc dur o NVMe SSD, espai d'emmagatzematge que es divideix en zones, sectors o blocs que constitueixen el grup en què només es permet l'actualització de dades seqüencial a més al llarg de tot el grup de blocs.
Per exemple, la zonificació de gravació es fa servir en dispositius amb Shingled Magnetic Recording (SMR), En els quals l'amplada de la pista és menor que l'ample de l'capçal magnètic, i l'enregistrament es realitza amb una superposició parcial de la pista veïna, és a dir, cualquier sobreescriptura fa necessari sobreescriure tot el grup de pistes.
Damien Li Moal de Western Digital descriu Zonefs com
Zonefs no és un sistema d'arxius compatible amb POSIX. El seu objectiu és simplificar la implementació de el suport de dispositius de bloc zonificat en aplicacions reemplaçant els accessos d'arxius de dispositius de blocs sense processar amb una API basada en arxius més rica, evitant dependre de ioctls d'arxius de dispositius de blocs directes que poden ser més foscos per als desenvolupadors.
Un exemple d'aquest enfocament és la implementació d'estructures d'arbre LSM en dispositius de blocs zonificats permetent que les SSTables s'emmagatzemin en un arxiu de zona de manera similar a un sistema d'arxius normal en lloc d'una gamma de sectors d'un dispositiu zonal.
Pel que fa a les unitats SSD, inicialment tenen un enllaç a operacions d'escriptura seqüencials amb neteja preliminar de dades, però aquestes operacions estan ocultes a nivell de el controlador i la capa FTL (Capa de traducció Flash). Per augmentar l'eficiència sota certs tipus de càrrega, NVMe ha estandarditzat la interfície ZNS (Zoned Namespaces), que permet l'accés directe a les zones sense passar per la capa FTL.
Linux per a discos durs zonificats que comencen amb el nucli 4.10 ofereix dispositius de bloc ZBC (SCSI) i ZAC (ATA) i des la versió 4.13, s'ha afegit el mòdul dm-zoned, que representa el disc zonificat com un dispositiu de bloc normal, ocultant les restriccions d'escriptura utilitzades durant el treball.
A nivell de sistema d'arxius, El suport de zonificació ja s'ha integrat en el sistema d'arxius F2FS i s'està desenvolupant un conjunt de pegats per al sistema d'arxius Btrfs, l'adaptació per a les unitats zonificades se simplifica treballant en mode Cow de còpia en escriptura. Ext4 i XFS que s'executen sobre unitats zonificades es poden organitzar usant dm-zoned.
Per simplificar la traducció dels sistemes d'arxius, es proposa la interfície ZBD, que tradueix les operacions d'escriptura aleatòria en arxius en seqüències d'operacions d'escriptura seqüencial.
font: https://blog.westerndigital.com