ZNS

block based flash的问题

Flash必须先擦除再写，擦除的最小粒度大于写入的最小粒度 =>异地更新 =>使用FTL负责地址映射，垃圾回收、磨损均衡、坏块管理等 =>不同文件的数据杂糅在一起 =>先移动有效数据到OP，才能擦除数据（垃圾回收）=>OP浪费空间，移动有效数据浪费时间=>换一种思路

ZNS的效果

ZNS-SSD的吞吐和延时不受GC影响，且不需要额外的OP空间。 zenfs是端到端的数据访问，不会再走内核庞大的I/O调度逻辑。

ZNS的细节

将整个SSD内部的存储区域分为多个zone 空间。不同的zone 空间之间的数据可以是独立的。最主要的是，每一个zone 内部的写入只允许顺序写，可以随机读。为了保证zone 内部的顺序写，在ZNS内部想要覆盖写一段LBA地址的话需要先reset（清理当前地址的数据），才能重新顺序写这一段逻辑地址空间。

不需要垃圾回收，需要上层软件配合，保证一个zone在全部数据失效的时候擦除。

ZNS 的结构：Zone

摘自 /usr/include/linux/blkzoned.h：

/**
 * enum blk_zone_type - Types of zones allowed in a zoned device.
 *
 * @BLK_ZONE_TYPE_CONVENTIONAL: The zone has no write pointer and can be writen
 *                              randomly. Zone reset has no effect on the zone.
 * @BLK_ZONE_TYPE_SEQWRITE_REQ: The zone must be written sequentially
 * @BLK_ZONE_TYPE_SEQWRITE_PREF: The zone can be written non-sequentially
 *
 * Any other value not defined is reserved and must be considered as invalid.
 */
enum blk_zone_type {
	BLK_ZONE_TYPE_CONVENTIONAL	= 0x1,
	BLK_ZONE_TYPE_SEQWRITE_REQ	= 0x2,
	BLK_ZONE_TYPE_SEQWRITE_PREF	= 0x3,
};

摘自 libzbd/zdb.h：

/**
 * @brief Zone types
 *
 * @ZBD_ZONE_TYPE_CNV: The zone has no write pointer and can be writen
 *		       randomly. Zone reset has no effect on the zone.
 * @ZBD_ZONE_TYPE_SWR: The zone must be written sequentially
 * @ZBD_ZONE_TYPE_SWP: The zone can be written randomly
 */
enum zbd_zone_type {
	ZBD_ZONE_TYPE_CNV	= BLK_ZONE_TYPE_CONVENTIONAL,
	ZBD_ZONE_TYPE_SWR	= BLK_ZONE_TYPE_SEQWRITE_REQ,
	ZBD_ZONE_TYPE_SWP	= BLK_ZONE_TYPE_SEQWRITE_PREF,
};

Zone 的分类：

Conventional Zone
1. 块内地址能够随机写
2. 没有写指针机制（与普通 SSD 一致）
3. Reset 对这种 Zone 无效
Sequentially Write Required Zone
1. 不能随机写，必须从当前 Zone 的写指针开始顺序写
2. 可以 Reset 来清除指针值

Zenfs

Linux内核对ZNS的支持

ZNS的特性需要内核支持，所以开发了ZBD(zoned block device) 内核子系统来提供通用的块层访问接口。除了支持内核通过ZBD 访问ZNS之外，还提供了用户API ioctl进行一些基础数据的访问，包括：当前环境 zone 设备的枚举，展示已有的zone的信息，管理某一个具体的zone(比如reset)。

在近期，为了更友好得评估ZNS-ssd的性能，在ZBD 上支持了暴露 per zone capacity 和 active zones limit。

Zenfs代码分析

TODO

AquaFS Docs

ZNS

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