Zonefs FS - le système de fichiers de Western Digital pour les disques zonés

ZoneFS

Le responsable du développement logiciel de Western Digital a proposé un nouveau système de fichiers Zonefs en liste de diffusion des développeurs noyau Linux, Avec l' objectif de simplifier le travail de bas niveau avec des périphériques de stockage par zones. Zonefs associe chaque zone du lecteur à un fichier séparé qui peut être utilisé pour stocker des données en mode brut sans manipulation au niveau du secteur et du bloc.

Zonefs n'est pas un FS conforme POSIX et est limité pour une portée plutôt limitée qui permet aux applications d'utiliser l'API de fichier au lieu d'accéder directement à un périphérique bloc en utilisant ioctl. Les fichiers associés aux zones nécessitent des opérations d'écriture séquentielles à partir de la fin du fichier (écriture en mode plugin).

Les fichiers fournis dans Zonefs peuvent être utilisés pour placer des bases de données au-dessus d'unités zonées à l'aide des structures d'enregistrement LSM par le concept d'archive: une zone de stockage.

Par exemple, des structures similaires sont utilisées dans les bases de données RocksDB et LevelDB. L'approche proposée permet de réduire le coût de portage du code initialement conçu pour manipuler des fichiers plutôt que de verrouiller des périphériques, ainsi que d'organiser un travail de bas niveau avec des unités zonées à partir d'applications dans des langages de programmation autres que C.

Sous des unités zonées destiné aux périphériques HDD ou NVMe SSD, espace de stockage divisé en zones, secteurs ou blocs qui constituent le groupe dans lequel seule la mise à jour séquentielle des données est autorisée également dans tout le groupe de blocs.

Par exemple, le zonage d'enregistrement est utilisé sur les appareils avec Enregistrement magnétique en bardeaux (SMR), dans lequel la largeur de la piste est inférieure à la largeur de la tête magnétique, et l'enregistrement est effectué avec un chevauchement partiel de la piste voisine, c'est-à-dire cuTout écrasement oblige à écraser tout le groupe de pistes.

Damien Le Moal de Western Digital décrit Zonefs comme

Zonefs n'est pas un système de fichiers compatible POSIX. Son objectif est de simplifier la mise en œuvre de la prise en charge des périphériques de blocs zonés dans les applications en remplaçant les accès aux fichiers de périphériques de blocs bruts par une API basée sur des fichiers plus riche, évitant ainsi de s'appuyer sur des ioctls de fichiers de périphériques de blocs directs qui peuvent être plus sombres pour les développeurs.

Un exemple de cette approche est l'implémentation de structures arborescentes LSM dans des dispositifs de blocs zonés permettant aux SSTables d'être stockés dans un fichier de zone similaire à un système de fichiers normal plutôt que dans une plage de secteurs d'un dispositif zoné.

Quant aux disques SSD, initialement tavoir un lien vers les opérations d'écriture séquentielle avec nettoyage préalable des données, mais ces opérations sont masquées au niveau du contrôleur et de la couche FTL (Couche de traduction Flash). Pour augmenter l'efficacité sous certains types de charge, NVMe a standardisé l'interface ZNS (Zoned Namespaces), qui permet un accès direct aux zones sans passer par la couche FTL.

Linux pour les disques durs zonés à partir du noyau 4.10 offre des périphériques blocs ZBC (SCSI) et ZAC (ATA) et de version 4.13, le module dm-zoned a été ajouté, qui représente le disque zoné comme un périphérique de bloc normal, masquant les restrictions d'écriture utilisées pendant le travail.

Au niveau du système de fichiers, la prise en charge du zonage a déjà été intégrée dans le système de fichiers F2FS et un ensemble de correctifs est en cours de développement pour le système de fichiers Btrfs, qui est simplifié pour l'adaptation aux lecteurs zonés en fonctionnant en mode copie sur écriture CoW. Ext4 et XFS s'exécutant sur des lecteurs zonés peuvent être organisés à l'aide de dm-zoned.

Pour simplifier la traduction des systèmes de fichiers, l'interface ZBD est proposée, qui traduit les opérations d'écriture aléatoire dans les fichiers en séquences d'opérations d'écriture séquentielle.

source: https://blog.westerndigital.com


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