西安三星电子研究所研发经理何兴：新基建下的存储创新

第三想介绍一下ZNS，其实这个技术在SSD方面是一个比较新的技术，但是整体来说它并不是一个很新的技术，在HDD中已经有类似的技术。HDD有叠瓦式的，以前每个TRACK之间会有空隙，如果把空隙利用起来的话对整个密度提升有很大的帮助，所以很多HDD的公司开发了叠瓦式SSD，把中间的gap缩短，每一层叠到一起，这样的话它的存储密度会上升很多，对它来说成本会很有优势。

这样带来一个问题，叠到一起的话下面再写的时候，有可能写这个track对其他track有影响。硬件上的改动会带来软件上的更新，左边是ZNS软件的情况，为了适用这种叠瓦式的HDD，在软件的协议上跟原来相比更新了很多东西，为了专门适应叠瓦式的HDD，做了很多的改进。

现在SSD其实也是继承了这个方案，也是有类似的解决方案，就是Zoned namespace，所有数据只能顺序写下去，不能随机写。很多随机写的话比如传统SSD要做垃圾回收的时候，你需要把一个Block里面有效数据的页拷贝到另外一个新的Block里面，这样带来很多写放大的问题，要先拷、再擦。如果顺序写的话直接擦掉就可以，写放大就可以减少非常多。

另外OP也会减少，如果你使用Zoned namespace方式的话，全是顺序写的话只存一些很简单的信息就可以了。OP减少，意味着用户可用的容量增大，从成本来说对客户比较好。

这个技术其实现在NVMe有一个工作组正在讨论，也许在下一个版本，我们就能看到类似的信息。我们也希望如果有客户或者业界同仁对类似的解决方案感兴趣，可以一起讨论。

MultiTenants

最后一个我想介绍Multi Tenants的技术，为什么会有这个技术？它的背景就是现在很多企业、公司都在提业务要上云。支撑云计算的一个非常重要的技术就是虚拟化的技术。大家可以看到从左到右是发展的趋势，原来一个服务器比如说CPU、内存还有存储设备，只是给一个应用来用，比如只有一个A。后面有一些虚拟化的技术发展，我可以再提供给上层用户，提供很多虚拟化的东西，一个服务器可以给多个应用来用，安装虚拟化软件以后可以装不同的VM，上面跑不同的应用。从用户的视角来说我觉得其实这就是三个机器，其实底层硬件是完全一样的，中间只是拿虚拟化的技术做区分。后面还有很多的技术，每一个服务器或者每一个存储设备共享的用户越来越多，这是未来发展的趋势。

SSD这个东西它容量每一年基本都会翻倍，后面SSD的容量会越来越大，所以以前SSD容量比较少的时候，给一个应用用的话，不存在什么浪费的情况。后面SSD会越来越大，如果只有一个应用访问它的话，就会带来很多的问题。所以基于虚拟化还有SSD的发展趋势来看，未来这种很多用户去访问一块SSD的这种场景会越来越多。

基于虚拟化的技术可以支持更多的应用，但是其实也会带来很多问题，比如说有一些应用是写密集型的，有一些是读密集型的，在SSD内部我并不知道主机端是什么应用，只是全部处理就可以了。这样带来的问题是有一些应用跟其他应用，比如一个写密集的跟读密集的就会产生干扰，像右边的图一样，它是非常吵的邻居这样的概念。比如说我本来只是想读一个东西，读的延迟很少。因为前面另外一个住户一直写，就会把我阻塞掉，很简单的请求会过很长时间才可以返回来，这样的话我的用户体验就会非常差，这也是我们希望极力避免的东西。另外就是比如说我这个应用都是顺序写的，但是其他的应用总是在随机写，顺序写的话本来一些写放大还有垃圾回收应该非常小，但是因为另外有一个用户随机写，会造成整个系统写放大、垃圾回收的动作非常多，系统的性能就会下降非常明显。

所以多用户场景非常好，但是怎么解决每一个用户之间的互相干扰是一个非常重要的问题。

我们也是有一些解决方案，我会依次介绍。第一是IOD解决方案，这也是最新加进去的一个标准，像刚才这种有读有写的请求，但是下来以后部打乱了，比如说都是写下去，读就得在这等着，他写完以后才能读，这样延迟会非常高。IOD的技术是把SSD内部做一个物理隔离，写的请求和读的请求所用的资源都是独立的，互不干扰，整个延迟、性能都会比原来的解决方案要好。

IOD有两个比较重要的技术，第一个技术叫NVMSet，NVM Set的概念实现出来的话其实是物理的隔离，也就是说我每个Set有自己独立的CPU资源，大家互不干扰就非常好。

第二个是PLM的功能，它的意思是说，大家可以看到底下有绿的、红的，绿框就是说我在这个窗口期只去读，我肯定很快，因为没有写。但是我有一些其他的，比如说写操作、垃圾回收，把它放到这个红框里面集中进行，集中进行以后再切换到绿框，这样的话总能保证在一段时间内应用、返回会非常快，其实也就是通过时间窗的技术，把读、写进行分离，来提升它的性能。

最后我想介绍一下跟多用户相关的就是叫SR-IOV跟MPF的技术。

SR-IOV在网络方面也有类似的技术，这个技术其实非常有用，它的原理是刚才说的虚拟化场景，比如现在很多云计算的公司，他们在上层有很多虚拟机，比如说VM1一直到VM4，但是底层硬件是一样的，所以怎么能让用户觉得我在使用不同的机器，其实就是通过虚拟化的技术。

虚拟化的技术一个非常重要的软件就是虚拟化的管理的软件，这个软件很好，它可以让上层的应用觉得我只是在使用我自己专门的机器，跟其他人没有关系。但是为了达到这个效果，它有一些弊端，也就是说它虚拟化管理的这个开销也会比较大，可能原来比如我有100个资源，完全可以分给每一个用户25个，但是虚拟化管理软件要消耗一些资源，给每个分配的资源就是20个，虚拟化的开销就会比较大。业界有很多公司在做尝试，让上层虚拟化硬件可以直接访问底层的资源，像刚才100个资源也许就能做到每一个24个或者25个，把虚拟化开销减得非常少。国内有非常大的云计算公司也有类似的技术，SR-IOV就是跟类似的技术做结合，我直接跳过虚拟化管理软件那层，整体的性能都会提升很多。

我们还开发了一种MPF的技术，传统SR-IOV 里面只有一个PF，其他都是VF。它在功能上面拥有的SSD资源方面不是独立的，很多情况下它是共享的，这样会对它的性能造成一些影响，我们做了一个改进，现在不用VF，全部用PF，每一个PF都有独立的资源，比如说内存这些东西，用应用直接访问PF，比SR-IOV的性能更好。

（编辑：应用网_阳江站长网）

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