高效SSD解決方案-FDP實現靈活數據放置

DapuStor QLC SSD系列均支持 FDP。大普微

由於SSD承擔複雜的數據存儲任務，盤內的垃圾回收（GC）雖然提升了利用率，但也産生了大量額外寫入，加速了盤的磨損。特別是多應用、多用戶環境中，不同生命週期的數據流加劇了GC，放大了寫放大效應（WAF）。WAF不僅影響SSD的壽命，還影響其在整個生命週期內的效能。

爲延長SSD壽命，業界一直追求WAF=~1的理想目標。近年來，Meta和Google提出的FDP（Flexible Data Placement）方案証明了這一目標的可行性，NVME標準化組織也在考慮將其納入標準協議。

FDP帶來更智能&長壽的SSD

在傳統SSD上，當多個應用數據同時寫入時，不同數據可能被混合寫在同一個超級塊（Block）上，每個應用數據將分散在不同NAND晶片上。同時，被刪除的應用數據，將在超級塊上産生碎片。爲了重新利用這些空間，SSD需要進行垃圾回收（GC），將超級塊上的有效數據搬移。由此我們可以看出，在傳統SSD上write amplification factor（WAF）高的直接原因是：不同應用數據被寫到同一物理空間上。

如果將不同應用數據寫到獨立的物理空間上，當刪除一個應用數據時，隻需擦除並回收該應用的相關物理空間， 使GC搬移的數據量大大減少。FDP正是基於這個原理來提供高效的數據佈局方式，以此減少WAF。

FDP模型引入了RU（回收單元）、RG（回收組）和RUH（回收單元句柄）三個概唸。RU是可以獨立擦寫的物理單元，多個RU組成一個RG，RG之間的效能和可靠性互不影響。RUH是RU的寫指針，當一個RU寫滿後，會切換到另一個RU上。主機可以通過IO命令，將不同應用的數據通過不同的RUH寫入RU中，以實現數據隔離。

FDP還提供了一些機製，讓主機感知盤內寫入數據情況，以輔助決定數據的寫入和回收策略。例如，通過相關接口獲取RU的粒度（RUNS）、當前RU的剩餘寫入量（RUAMW）、RU的預估更新時間（EARUTR）等信息。SSD還可以通過上報event（Host Events/Controller Events），通知RUH相關的異常情況。

大普微FDP解決方案

大普微Haishen5繫列SSD支持FDP特性和多種FDP配置，系統可以根據不同業務類型在Namespace上使用不同的RUH，並爲RUH配置不同的數據隔離屬性。同時支持多Namespace共享RUH。在多Namespace上，如果業務數據的屬性相同，那他們可以使用同一RUH，以方便系統對RUH的管理，同時也節省了RUH資源。我們用CacheLib測試了HaiShen5繫列的FDP，測試結果如下：

由此結果可看出，在kvcache trace的模擬真實業務的場景中，FDP開啟後， CacheLib將BigHash和BlockCache進行了分流，WAF明顯降低並且接近1。

FDP的應用，推動了存儲管理向更高效髮展。結合當下熱議的QLC SSD，目前DapuStor QLC繫列SSD均支持 FDP feature，相信這項技術在超大型資料中心和雲服務商能得到普及，並帶來可觀的收益。