Método selectivo de protección de pérdida de energía para el búfer de escritura en SSD ZNS
Autores: Yang, Junseok; Lee, Seokjun; Ahn, Sungyong
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2022
Acceso abierto
Artículo científico
2022
Método selectivo de protección de pérdida de energía para el búfer de escritura en SSD ZNS
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Eléctrica y Electrónica
Palabras clave
Unidades de estado sólido
DRAM
Protección contra pérdida de energía
Espacio de nombres zonificado
Búfer de escritura
Capacitancia
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 24
Citaciones: Sin citaciones
La mayoría de los SSD (unidades de estado sólido) utilizan una DRAM interna (Memoria de Acceso Aleatorio Dinámico) para mejorar el rendimiento de E/S y extender la vida útil del SSD al absorber las solicitudes de escritura. Sin embargo, esta memoria volátil no garantiza la persistencia de los datos almacenados en caso de un apagón repentino. Por lo tanto, los SSD empresariales altamente confiables emplean lógica de protección contra pérdida de energía (PLP) para garantizar la durabilidad de los datos almacenados mediante la energía de respaldo de los condensadores. El SSD debe proporcionar suficientes condensadores para la PLP en proporción al tamaño del búfer volátil. Mientras tanto, los SSD de ZNS (Espacio de Nombres Zonificado) emergentes están atrayendo la atención porque pueden admitir muchos flujos de E/S que son útiles en sistemas de múltiples inquilinos. Aunque los SSD de ZNS no utilizan una tabla de asignación interna como los SSD de interfaz de bloque convencionales, se requiere un búfer de escritura grande para admitir muchos flujos de E/S. La razón es que cada flujo de E/S necesita su propio búfer de escritura para el almacenamiento en búfer donde el host puede asignar zonas separadas a diferentes flujos de E/S. Además, a mayor capacidad y más flujos de E/S que admita el SSD de ZNS, se requerirá un búfer de escritura más grande. Sin embargo, el tamaño del búfer de escritura depende de la cantidad de capacitancia, que está limitada no solo por el espacio interno del SSD, sino también por el costo. Por lo tanto, en este documento, presentamos un conjunto de técnicas que reducen significativamente la cantidad de capacitancia requerida en los SSD de ZNS, garantizando la durabilidad de los datos almacenados en caso de un apagón repentino. En primer lugar, señalamos que los sistemas de archivos o bases de datos modernos tienen sus propias soluciones para la recuperación de datos, como WAL (Registro de Antes de la Escritura) y diario. Por lo tanto, proponemos un método selectivo de protección contra pérdida de energía que garantiza la durabilidad solo para el WAL o diario necesario para la recuperación de datos, no para todos los datos almacenados en búfer. En segundo lugar, para minimizar el tiempo necesario para la PLP, proponemos un método de escritura equilibrada que escribe temporalmente los datos almacenados en búfer en múltiples zonas para maximizar el paralelismo y conserva los datos en su ubicación original cuando se restablece la energía. Los métodos propuestos se implementan y evalúan mediante la modificación de FEMU (Emulador de Flash basado en QEMU) y RocksDB. Según los resultados experimentales, la PLP selectiva propuesta reduce la cantidad de capacitancia en un 50 a 90% mientras mantiene la fiabilidad de los SSD de ZNS. Además, el método de escritura equilibrada reduce la latencia de la PLP hasta en un 96%.
Descripción
La mayoría de los SSD (unidades de estado sólido) utilizan una DRAM interna (Memoria de Acceso Aleatorio Dinámico) para mejorar el rendimiento de E/S y extender la vida útil del SSD al absorber las solicitudes de escritura. Sin embargo, esta memoria volátil no garantiza la persistencia de los datos almacenados en caso de un apagón repentino. Por lo tanto, los SSD empresariales altamente confiables emplean lógica de protección contra pérdida de energía (PLP) para garantizar la durabilidad de los datos almacenados mediante la energía de respaldo de los condensadores. El SSD debe proporcionar suficientes condensadores para la PLP en proporción al tamaño del búfer volátil. Mientras tanto, los SSD de ZNS (Espacio de Nombres Zonificado) emergentes están atrayendo la atención porque pueden admitir muchos flujos de E/S que son útiles en sistemas de múltiples inquilinos. Aunque los SSD de ZNS no utilizan una tabla de asignación interna como los SSD de interfaz de bloque convencionales, se requiere un búfer de escritura grande para admitir muchos flujos de E/S. La razón es que cada flujo de E/S necesita su propio búfer de escritura para el almacenamiento en búfer donde el host puede asignar zonas separadas a diferentes flujos de E/S. Además, a mayor capacidad y más flujos de E/S que admita el SSD de ZNS, se requerirá un búfer de escritura más grande. Sin embargo, el tamaño del búfer de escritura depende de la cantidad de capacitancia, que está limitada no solo por el espacio interno del SSD, sino también por el costo. Por lo tanto, en este documento, presentamos un conjunto de técnicas que reducen significativamente la cantidad de capacitancia requerida en los SSD de ZNS, garantizando la durabilidad de los datos almacenados en caso de un apagón repentino. En primer lugar, señalamos que los sistemas de archivos o bases de datos modernos tienen sus propias soluciones para la recuperación de datos, como WAL (Registro de Antes de la Escritura) y diario. Por lo tanto, proponemos un método selectivo de protección contra pérdida de energía que garantiza la durabilidad solo para el WAL o diario necesario para la recuperación de datos, no para todos los datos almacenados en búfer. En segundo lugar, para minimizar el tiempo necesario para la PLP, proponemos un método de escritura equilibrada que escribe temporalmente los datos almacenados en búfer en múltiples zonas para maximizar el paralelismo y conserva los datos en su ubicación original cuando se restablece la energía. Los métodos propuestos se implementan y evalúan mediante la modificación de FEMU (Emulador de Flash basado en QEMU) y RocksDB. Según los resultados experimentales, la PLP selectiva propuesta reduce la cantidad de capacitancia en un 50 a 90% mientras mantiene la fiabilidad de los SSD de ZNS. Además, el método de escritura equilibrada reduce la latencia de la PLP hasta en un 96%.