本文主要是介绍Kioxia的NVMe RAID卸载有何亮点?,希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!
随着每一代固态硬盘SSD的速度不断提升,RAID阵列面临着一个重大的挑战:如何有效地维持并扩展性能。即使是通过专门的RAID卡来处理RAID操作的情况下,例如在RAID 5阵列中,简单的写请求也需要涉及两次读取和两次写入不同的SSD。如果没有硬件加速,来自读取操作的数据需要返回到CPU和主内存进行进一步处理,然后才能执行写操作。
RAID 5:
将数据和相对应的奇偶校验信息分别存储在不同的硬盘上,奇偶校验信息占一个硬盘的空间,允许损坏一个硬盘。当一个硬盘损坏时,可以根据剩余的数据和相对应的奇偶校验信息计算出损坏的数据,恢复数据时性能会受到较大的影响。RAID 5写性能偏低,尤其是随机写性能,建议在读写不太频繁的场景上使用,如:用作数据备份。
Kioxia提出了利用PCIe直接内存访问(DMA)功能和SSD控制器的控制器内存缓冲区(CMB)来避免数据移动至CPU再返回的过程。所需的奇偶校验计算是由SSD控制器内的加速器块完成的。
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自2014年以来,CMB被纳入到NVMe 1.2标准中,其目的是减少主机和设备之间的数据移动。CMB是控制器内部的一块专用内存,通过PCIe总线访问。当CPU需要访问存储设备的数据时,它可以通过内存读写事务层封装(MRd或MRw)直接访问CMB,而不需要将整个数据块传输到主机内存。
由于主机CPU无法像访问DDR内存那样高效地访问CMB,因此CMB通常被用作PCIe设备之间块数据传输的DMA(直接内存访问)缓冲区。这种方式减少了数据在主机和设备之间来回移动的次数,从而提高了数据传输效率。尽管CMB提供了一种优化数据移动的方法,但它仍然存在一些限制。例如,由于主机CPU访问CMB的效率低于DDR内存,且CMB的大小有限,因此对于需要频繁、大量数据交换的应用场景,CMB可能无法提供最佳的性能。
Kioxia的PoC(概念验证)实现中,DMA引擎可以访问整个主机地址空间(包括同条带SSD的BAR映射CMB),这样它就能够从相邻的SSD接收和传输所需的数据。过使用CMB,可以避免数据移动到CPU和主内存,从而减少CPU和系统DRAM的使用。奇偶校验计算由位于SSD控制器内部的加速器块完成,这减少了对主机CPU周期的占用。
Kioxia的PoC实现显示,与软件RAID相比,CPU利用率降低了近50%。系统DRAM的利用率减少了超过90%。卸载方案还可以处理奇偶校验检查操作,无需占用主机CPU周期来进行奇偶校验计算任务。
在企业级SSD中,这种新型的RAID卸载方法可以显著提高RAID阵列的整体性能,特别是在需要大量读写操作的工作负载下。对于需要处理大量数据和频繁读写操作的数据中心来说,这种技术可以有效降低CPU负担,提高整体效率。对于高性能计算应用,这种方法可以减少数据传输延迟,提高计算密集型任务的处理速度。
此外,Kioxia已经开始向NVM Express工作小组贡献这些特性。如果获得接受,这项提议的卸载方案将成为一项标准,可能被多个SSD厂商广泛采用。
为了实现大规模的企业级支持,需要解决良好的互操作性问题。这意味着不仅要跨越不同的厂商,还需要在不同型号和固件之间兼容。关于如何安全地进行重建、扩展或收缩RAID阵列的具体细节还需要进一步披露。
硬件RAID在过去曾被视为一种依赖硬件厂商的技术,因此它的地位有所下降。相反,像ZFS这样的软件定义解决方案因为强调数据完整性而受到了欢迎。考虑到ZFS在写入数据之前先进行奇偶校验计算的特点,Kioxia的新技术可能与ZFS的算法不兼容,至少需要进行大量的修改。
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ZNS SSD的原理是把namespace空间划分多个zone空间,zone空间内部执行顺序读写。在ZNS的场景下,不同应用按照Zone配置信息,相应存放业务数据。由于是Host管理数据的摆放和存取位置,会最大程度减少GC垃圾回收。降低SSD内部的写放大,提升SSD的寿命。
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这篇关于Kioxia的NVMe RAID卸载有何亮点?的文章就介绍到这儿,希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助!