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NVMe存储记录新玩法：365完美体育文件系统SSD
发布时间：2024-01-23 文章来源：365完美体育app最新版网址
在产品开发过程中，有大容量、高性能存储需求时，SSD会是第一选择。
同时，为了更方便的管理数据，一般不会裸盘使用，而是使用文件系统（File System）对SSD进行挂载使用。
但是对于一些嵌入式、定制化产品而言，主机本身的CPU性能较弱，内存资源设计有限，运行文件系统会带来不小的系统开销，降低了系统效率。
针对这一痛点，365完美体育设计了一种文件系统SSD（FS SSD），通过STAR2000主控强大的计算加速能力，将文件系统下沉到SSD上，主机通过定制化的文件系统NVMe命令集（NVM FS Command Set）与FS SSD进行文件交互，以减轻主机的文件系统处理压力。
本文将主机+标准SSD的架构称为传统架构，主机+FS SSD的开发架构称为 FS SSD架构，在后文对两个架构进行对比。
01
传统架构与FS SSD架构
1.1.传统架构
以最简嵌入式主机+SSD架构为例，应用程序若要将文件落盘，那么至少需要在应用层借助文件系统实现fopen/fwrite等操作，后由文件系统与NVMe驱动交互，将应用写入的文件数据按照文件系统的写单元进行拆分，再以LBA为单位向NVMe驱动下发直至数据写完。
写文件时，文件系统将数据拆分，每次以write unit(数据块)大小将数据以LBA方式落盘，若写入数据较大，那么write unit拆分次数也会变多，对应的，文件系统会向NVMe驱动发起多笔写请求。如写入1Gib，write unit=1Mib，那么此次文件写操作至少向NVMe驱动发起了1024笔写请求，加上每次操作中的块设备/OS调度开销，性能自然就低了。
1.2.365完美体育FS SSD架构
凭借STAR2000主控强劲的存内计算性能，365完美体育独有的FS SSD技术（StarFSSSD）将文件系统直接嵌入到SSD固件中，通过自定义FS Command Set，制定了丰富的文件系统接口，包括但不限于fopen/fwrite/fread，实现了与传统架构一样的文件管理功能。
StarFSSSD框图如下：
对比与传统架构，FS SSD架构里，数据流被简化到极致，还是以写文件为例，程序调用写接口，仅需要向NVMe驱动发起一笔命令请求，即可完成文件写入操作。
02
性能对比
为了更直观的对比两种架构，这里提供了一组实现对比。
使用STAR2000E 7.68T作为测试盘，分别用标准盘格式化为文件系统和FS SSD通过FS Command进行相同的文件进行对比测试。
测试机配置信息如下，盘的link状态为GEN4x4。
传统架构性能
裸盘格式化为文件系统，cluster大小2M, 挂载到系统后单线程1Gib文件写入测试，整体耗时1.14s。
StarFSSSD架构性能
采用StarFSSSD技术后，使用FS Command写入1Gib文件，整体耗时401ms。
结果符合设计预期，StarFSSSD带来了不小的性能提升。
03
应用场景
3.1.低性能嵌入式产品fs加速
在嵌入式产品系统总体性能不强，又有海量文件存储需求时，可以选择使用StarFSSSD来承担文件系统处理压力。这样，在得到文件存储性能提升的同时，不仅提升了主机应用运行效率，还极大程度的节省了系统内存资源，减少成本开销。
3.2.简化定制化产品的开发难度
对于类似以FPGA为核心的定制化设备，有高速文件存储功能需求时，使用StarFSSSD，可以节省文件系统处理模块，降低FPGA端的开发难度。
3.3.降低RAID设计复杂度
FS SSD在实现RAID上也有传统架构无法比例的优势。以实现RAID1为例，要将文件落盘，那么至少需要实现文件系统及RAID两个模块，才能将文件落盘。
但是对于FS SSD而言，数据流变得非常简单，仅需要通过FS Command，将文件直接落入FS SSD即可。
这样的数据流优势，在其他RAID组合上也同样生效。
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