2024年FDP SSD技术与应用白皮书

[编号ODCC-2024-0500B]开放数据中心标准推进委员会2024.09发布版权声明转载、摘编或利用其它方式使用ODCC成果中的文字或者观点的，应注明编写组 1 1 2 4（一）概述 5 5 10 13 15 （一）服务器配置 16 17 17 17 18 20 21 22 22 22 23 24 24 27 29 29 FlexibleDataPlacement（FDP）是2022年批准的NVMe规范化整个软件生态系统的集成。FDPSSD支持FDP种模式，在关闭FDP功能时，可以兼容传统SSD，无需对现有的软件生态做任何改动，便可直接使用；开启FDP功能后，只需要投入少量的开发资源便可享受FDPSSD特性所带来的优化效果，且这些改动并不会过多的增加现有软件生态的复杂性和运维成本。FDPSSD技术与应用报告SSD的写放大一直是业内持续关注的问题。写放大就是NAND数据放置SSD是一种新型的存储技术，其核心在于主机端直接参与SSD中数据的放置和管理，通过增强主机端与存储设备端之间的合作，实现更高效、更灵活的数据管理。数据放置SSD可以给主了SSD的寿命并减少对主机端应用I/O性能的影响。1FTL由主机端接管，所以FTL可以根据实际业务的负载特点，实现作为NAND操作的基本单元，可以做到在物理上隔离，以减少访问单元上正在执行的NAND操作，所以对读写命令的时延有准确的把2Open-Channel基础上更加标准化和商业化的实现。ZNS将一个Namespace的逻辑地址空间分成多个必须先执行擦除操作。Namespace通过将NAND结构的边界和地址收时机以减少对整体性能的影响。3延迟可预测：ZNS执行读写操作的时机由主机端控制，由于没依然要求主机端软件栈做较大改动来适配新的zone接口规范。4使主机端能够了解设备资源的拓扑结构，从而利用FDPSSD提供的SSD内部进行数据隔离。每个ReclaimGroup是多个回收单元5ReclaimUnit是FDP技术中的一个重要概念，通常与NAND上为基本单元进行操作。控制器可以物理擦除ReclaimUnit，而不会对其它的ReclaimUnit造成干扰。与ZNS不同，FDP允许主机端在ReclaimUnit上执行随机写操作，使主机端系低而致使单个ReclaimUnit上的吞吐量小。较大容量的能减少擦除操作的频率，同时也可以利用高并行度提升单个Reclaim个ReclaimUnit。尽管数据存储在ReclaimUnitHandle，将数据写入它指向的ReclaimUnit中，ReclaimUnit6法写入的问题。ReclaimUnit的分配工作由控制器完成，当Reclaim给ReclaimUnitHandle，准备下数据放置指令允许主机端向控制器指定ReclaimUnit放置用户数据。主机端使用数据放置命令提交写命令时，需要通过Directive在创建Namespace时，主机端需要配置该Namespace允许访问的ReclaimGroup和ReclaimUnitHandle列表。PlacementHandle是FDPSSD支持开启FDP（分流）或关闭FDP（不分流）两种模当开启FDP功能时为分流模式，主机端的写命令通过Directive7如果主机端写命令中没有配置DSPEC字段或者在DSPEC字段中指定了非法的ReclaimGroup和ReclaimUnitHandle，控制器会选得益于该特性，FDPSSD能够向后兼容标准SSD，即使系统应用不是持久隔离（PersistentlyIsolated）ReclaimUnitHandle和一次性隔离（InitiallyIsolated）R现在垃圾回收过程中ReclaimUnit的选择策略。如果ReclaimUnitHandle被配置为持久隔离类型，垃圾回收仅允许选择该持久隔离挑选和数据迁移，不同类型的数据可能混合被合并到同一个数据流，由于不同类型的数据失效时间不同而导致写放大（如图2-2所示）。8通过覆盖写或者deallocate命令将当前ReclaimUnit中的逻辑块进行ReclaimUnitHandle。具体由主机端9设备统计信息（Statistics）和事件信息（Events）。当前配置中ReclaimUnitHandles描述符列表表EstimatedReclaimUnit当前配置的ReclaimUnit从被使用到被回收的最大时间，默认0h为未配置，即无回收时间限NumberofReclaimGroups:1NumberofReclaimUnitHandles:8NumberofNamespacesSupported:2EstimatedReclaimUnitTimReclaimUnitHandle0AttributesReclaimUnitHandle1AttributesReclaimUnitHandle2AttributesReclaimUnitHandle3Attributes:0x1(HostSpeReclaimUnitHandle4AttributesReclaimUnitHandle5AttributesReclaimUnitHandle6AttributesReclaimUnitHandle7Attributes:0x0包含主机在处理I/O命令过程中写入指定EnduranceGroup的用户数据的总字节数。此值不包包含已写入指定EnduranceGroup的用户数据的总字节MBE）HostByteswithMetadataWritten(HBMW):3741887MediaByteswithMetadataWritten(MBMW):4390885MediaBytesErased(MBE):43920790Events）和控制器事件（ControllerEvents详细分类如下表所（HostReclaimUnitNotFullyWrittenToCapacity：主机向先前ReclaimUnitTimeLimiControllerLevelResetModifiedReclaimUnitHandles： ImplicitlyModifiedReclaimUnitHandle：控制器修改了EventType:0x80(MediaReallNumberofLBAsMoved(NLBAM):65535EventType:0x80(MediaReallNumberofLBAsMoved(NLBAM):65535PerformanceDevelopmentKit（SPDK比如FIO从v3.34开始支持通过I/OPass-through（五）系统应用适配FDPSSD），口来开启/关闭FDP功能以及获取设备当前状态信息。用法为填充写针对三星新一代FDPSSD产品，为确保其在服务器系统上的稳定MBps9QoS（99.99%ms）//能一致性，说明FDP模式不会影响产品的性能一致性表现，PM9D3a盘写性能受FDP特性略有降低，在其它方面，无论PM9D3a是否开启四、FDPSSD在多种场景下的写放大收益验证），接口1本实验测试的目的是使用FIO生成不同生命模式下，将不同生命周期的数据放置在不同的数据FIO是一个可以产生多线程或进程并执行用户指定的特定类型的是否开启FDP模式write_hint当前job使用系统调用函数fcntl告知内核VFS写入文件的预期生命write_hint=short在非FDP模式下，两种类型的数据混合在block上，由于覆盖写设计了四种不同数据类型的写密集型负载对盘进行反复写操作。四种数据类型的生命周期各不相同，通过配置选项write_hint，将12medium3844（a）为基于ext4文件系统的对比测试b）为基于XFS文件系统试FDP设备在文件系统上的写放大收益。我们选择Filebench的果。（