Western Digital публикува специализирана файлова система Zonefs за зонирани дискове

Директор разработка на софтуер в Western Digital Той предложи в пощенския списък за разработчици на ядрото на Linux, нова файлова система, наречена Zonefs, насочена към опростяване на работата на ниско ниво с зонирани устройства за съхранение. Zonefs свързва всяка зона на устройство с отделен файл, който може да се използва за съхраняване на данни в необработен режим без манипулиране на ниво сектор и блок.

Zonefs не е POSIX-съвместим FS и е ограничен до доста тесен обхват, който позволява на приложенията да използват файловия API вместо директен достъп до блоковото устройство с помощта на ioctl. Файловете, свързани със зоните, изискват последователни операции за запис, започващи от края на файла (запис в режим на добавяне).

Файловете, предоставени в Zonefs, могат да се използват за поставяне върху дискове със зонирани бази данни, които използват структури за съхранение под формата на LSM (log-structured merge) регистрационни файлове, като се започне от концепцията за един файл - една зона за съхранение. Например подобни структури се използват в базите данни RocksDB и LevelDB. Предложеният подход дава възможност да се намалят разходите за код за пренасяне, който първоначално е бил предназначен да манипулира файлове, а не да блокира устройства, както и да организира работа на ниско ниво със зонирани устройства от приложения на езици за програмиране, различни от C.

Под зонирани дискове подразбира се устройства включени твърди магнитни дискове или NVMe SSD, пространството за съхранение, в което е разделено на зони, които съставляват групи от блокове или сектори, в които е разрешено само последователно добавяне на данни с актуализиране на цялата група от блокове.

Например, зонирането на запис се използва в устройства с магнитен запис с плочки (Shingled Magnetic Recording, SMR), при които ширината на пистата е по-малка от ширината на магнитната глава и записът се извършва с частично припокриване на съседната писта, т.е. всеки повторен запис води до необходимостта от презапис на цялата група песни. Що се отнася до SSD устройствата, те първоначално са обвързани с последователни операции за запис с предварително изчистване на данни, но тези операции са скрити на ниво контролер и FTL (Flash Translation Layer) слой. За да увеличи ефективността за определени видове натоварване, организацията NVMe стандартизира интерфейса ZNS (Zoned Namespaces), който позволява директен достъп до зони, заобикаляйки FTL слоя.

В Linux за зонирани твърди дискове от ядрото 4.10 предлагани ZBC (SCSI) и ZAC (ATA) блокови устройства и започвайки с версия 4.13, е добавен dm-zoned модул, представляващ зонирано устройство като обикновено блоково устройство, скривайки ограниченията за запис, прилагани по време на работа. На ниво файлова система поддръжката за зониране вече е интегрирана във файловата система F2FS и се разработва набор от корекции за файловата система Btrfs, чието адаптиране за зонирани устройства е опростено чрез работа в CoW (copy-on -режим на писане.
Работа с Ext4 и XFS върху зонирани устройства може да се организира използвайки dm-zoned. За да се опрости преводът на файлови системи, се предлага ZBD интерфейс, който преобразува произволни операции за запис във файлове в потоци от последователни операции за запис.

Източник: opennet.ru