Корейские исследователи ускорили работу SSD в три раза
- В конце сентября на конференции ACM SOSP в Праге исследователи KAIST представили файловую систему GAZE: она утроила пропускную способность SSD типа ZNS.
- GAZE делит очистку данных на четыре перекрывающихся этапа и заранее резервирует оперативную память для связанных задач.
- В тестах очистка зоны объёмом 1 ГБ занимала 1,7 секунды — в 283 раза дольше, чем участка размером 2 МБ; более 70% задержек приходилось на CPU.
Почему это важно: Программное решение, по словам авторов, позволяет повысить эффективность уже существующих центров обработки данных.
Твердотельные накопители (SSD) в целом работают быстрее и потребляют меньше энергии, чем классические жесткие диски. Однако скорость работы флеш-памяти ограничена возможностями управляющего ею программного обеспечения. Операционная система определяет, как данные обрабатываются и передаются в накопитель. Исследователи из Корейского института передовых технологий (KAIST) обнаружили, что при работе с определенным типом SSD операционная система действует излишне неэффективно.
Фото: Samsung
Согласно пресс-релизу, в конце сентября на конференции ACM SOSP в Праге корейские ученые представили технологию файловой системы под названием GAZE. Она позволяет увеличить пропускную способность данных в SSD типа ZNS (Zoned Namespaces — накопители с зонированным пространством имен) в три раза. Такие накопители используются в центрах обработки данных.
Особенность SSD заключается в том, что они не могут записывать новые данные поверх уже существующих. Сначала система должна удалить старые данные, причем это возможно только целыми блоками. В обычных SSD этот процесс происходит автоматически в фоновом режиме, а новые данные могут быть записаны в любое свободное место. Однако это требует значительных вычислительных ресурсов самого накопителя.
В SSD типа ZNS всё устроено иначе: запись данных осуществляется по строгим правилам, с разделением памяти на зоны. За «очистку» здесь отвечает не сам накопитель, а файловая система операционной системы — при этом она работает с гораздо меньшими участками памяти.
Тестирование, проведенное исследователями, показало, насколько сильно это замедляет работу: для зоны объемом 1 ГБ процесс занял 1,7 секунды — это в 283 раза дольше, чем для небольшого участка размером 2 МБ. В это время выполнение новых операций записи вынуждено останавливается. Более 70 процентов задержек было вызвано работой центрального процессора (CPU), а не самого SSD-накопителя — он обладает достаточным быстродействием, однако программное обеспечение, отвечающее за «очистку» данных, работает слишком медленно.
Система GAZE реорганизует процесс очистки, разделяя его на четыре перекрывающихся этапа. Она начинает считывать следующий блок данных еще до того, как завершится запись предыдущего. Кроме того, система заранее резервирует оперативную память для задач, связанных с очисткой. Операции записи, которые могут быть временно размещены в оперативной памяти, не должны дожидаться окончания процесса очистки. Благодаря этому исследователям удалось существенно повысить скорость работы. Данное программное решение позволяет повысить эффективность уже существующих центров обработки данных.
