高效SSD解决方案-FDP实现灵活数据放置

DapuStor QLC SSD系列均支持 FDP。大普微

由于SSD承担复杂的数据存储任务，盘内的垃圾回收（GC）虽然提升了利用率，但也産生了大量额外写入，加速了盘的磨损。特别是多应用、多用户环境中，不同生命周期的数据流加剧了GC，放大了写放大效应（WAF）。WAF不仅影响SSD的寿命，还影响其在整个生命周期内的效能。

爲延长SSD寿命，业界一直追求WAF=~1的理想目标。近年来，Meta和Google提出的FDP（Flexible Data Placement）方案证明了这一目标的可行性，NVME标准化组织也在考虑将其纳入标准协议。

FDP带来更智能&长寿的SSD

在传统SSD上，当多个应用数据同时写入时，不同数据可能被混合写在同一个超级块（Block）上，每个应用数据将分散在不同NAND芯片上。同时，被删除的应用数据，将在超级块上産生碎片。爲了重新利用这些空间，SSD需要进行垃圾回收（GC），将超级块上的有效数据搬移。由此我们可以看出，在传统SSD上write amplification factor（WAF）高的直接原因是：不同应用数据被写到同一物理空间上。

如果将不同应用数据写到独立的物理空间上，当删除一个应用数据时，只需擦除并回收该应用的相关物理空间， 使GC搬移的数据量大大减少。FDP正是基于这个原理来提供高效的数据布局方式，以此减少WAF。

FDP模型引入了RU（回收单元）、RG（回收组）和RUH（回收单元句柄）三个概念。RU是可以独立擦写的物理单元，多个RU组成一个RG，RG之间的效能和可靠性互不影响。RUH是RU的写指针，当一个RU写满后，会切换到另一个RU上。主机可以通过IO命令，将不同应用的数据通过不同的RUH写入RU中，以实现数据隔離。

FDP还提供了一些机制，让主机感知盘内写入数据情况，以辅助决定数据的写入和回收策略。例如，通过相关接口获取RU的粒度（RUNS）、当前RU的剩余写入量（RUAMW）、RU的预估更新时间（EARUTR）等信息。SSD还可以通过上报event（Host Events/Controller Events），通知RUH相关的异常情况。

大普微FDP解决方案

大普微Haishen5系列SSD支持FDP特性和多种FDP配置，系统可以根据不同业务类型在Namespace上使用不同的RUH，并爲RUH配置不同的数据隔離属性。同时支持多Namespace共享RUH。在多Namespace上，如果业务数据的属性相同，那他们可以使用同一RUH，以方便系统对RUH的管理，同时也节省了RUH资源。我们用CacheLib测试了HaiShen5系列的FDP，测试结果如下：

由此结果可看出，在kvcache trace的模拟真实业务的场景中，FDP开启后， CacheLib将BigHash和BlockCache进行了分流，WAF明显降低并且接近1。

FDP的应用，推动了存储管理向更高效发展。结合当下热议的QLC SSD，目前DapuStor QLC系列SSD均支持 FDP feature，相信这项技术在超大型数据中心和云服务商能得到普及，并带来可观的收益。