На полях файловых систем редко происходит что-то новое. У нас есть FAT/16/32, NTFS, Ext4, Btrfs и другие, более экзотичные способы управления дисковым пространством. Файловая система в целом явление статичное: когда-то разработчики и инженеры придумали, как структурировать данные на диске, и с тех пор все мы этим пользуемся не задумываясь, что происходит «под капотом» на уровне железа.

И вот теперь, компания-производитель накопителей Western Digital заявила, что активно занимается разработкой новой файловой системы DZS или Digital Zoned Storage. Основная цель новой системы — применение в промышленном оборудовании HDD и твердотельных накопителях с последующим снижением нагрузки на контроллер SSD.



Для HDD файловая система DZS сильна тем, что упрощает традиционную схему доступа к файлам и дает пользователю удобный API для управления данным вкупе с использованием черепичной технологии записи SMR.



Фактически, разработка будет интересна, в первую очередь, администраторам СУБД и прочим пользователям, оперирующим большим массивом статичных данных.

Основное отличие DZS от прочих файловых систем в ее меньшей гибкости: В разработке Western Digital запись файла может осуществляться только в рамках одной зоны, при этом только последовательно. Прочие современные файловые системы поддерживают режим произвольной записи файлов, которая, несомненно, является в некотором роде преимуществом.

Утверждение выше об исключительно последовательной записи файла внутри выделенной зоны дискового пространства справедлива как для HDD (в том числе и с технологией черепичной записи, которая только усиливает плюсы подобного подхода), так и для SSD.

Наибольший выигрыш в ресурсе и производительности новая система получит, конечно же, в SSD-накопителях, которые не имеют физических ограничений на чтение разных частей диска, как это происходит с HDD. О них и поговорим далее. Этим летом система DZS официально стала частью стандарта NVMe, то есть речь идет не просто о каком-то безумном концепте файловой системы от Western Digital, а о вполне реальной разработке, которая в скором будущем может стать частью IT-рынка.

Случайная запись на SSD не до конца случайна. При удалении файла, который был разбросан по секторам по частям, повторное использование дискового пространства возможно только при условии полной очистки сектора и подготовки его к повторному использованию. То есть, при эксплуатации SSD он постоянно подвергается так нелюбимой многими дефрагментации, постоянно занимается реорганизацией собственного внутреннего пространства. В технической терминологии это называется «сборкой мусора».



Процесс сбора мусора на SSD создает регулярную нагрузку на контроллер диска: кроме необходимой пользователю операции, он еще занимается и «теневой» работой по освобождению пространства блока. Эти операции, по сути, значительно сокращают ресурс контроллера твердотельного накопителя и приводят к преждевременному отказу диска. Плюс, не стоит забывать и о постоянных «лишних» операциях чтения-записи, которые сокращают ресурс памяти и приводят к ее деградации. Ну и конечно же, именно необходимость иметь буфер памяти для проведения операции сборки мусора, приводит к обидному сокращению доступного объема SSD для пользователя.



Western Digital в своей новой системе предлагает вернуться к практике последовательной записи и, соответственно, к последовательному доступу к файлам одной группы/приложения, для того, чтобы отказаться от постоянной сборки мусора на SSD при операциях удаления-записи.



У предлагаемой производителем системы, кроме снижения нагрузки на контроллер и продления его жизни, есть еще и вполне ощутимый прирост в производительности. Система DZS способна обеспечить стабильно максимальную скорость записи на SDD в отличие от других файловых систем, которые из-за случайного доступа и необходимости сбора мусора во время работы, зачастую упираются в показатели на уровне 200-230 Мб/с.



Так как Western Digital является активным членом Linux-сообщества (что, впрочем, ожидаемо, так как основные клиенты компании — дата-центры и администраторы Unix-систем), то и поддержка новой файловой системы была завезена, в первую очередь, на Linux-системы.

Сейчас Digital Zoned Storage уже доступен для использования на Long Term Stable (LTS) версиях Kernel-ядра 4.14, 4.19 и 5.4, однако, если вы захотите воспользоваться всеми возможностями файловой системы, то стоит использовать ядро версий 5.x.



Вполне вероятно, DZS сможет составить конкуренцию существующим файловым системам, которые активно используются для хранения больших массивов относительно статичных данных. Для этого есть несколько факторов:

• применимость файловой системы как для HDD, так и для SSD;
• работоспособность системы с черепичной схемой записи для сверхплотных HDD 20+ Tb;
• снижение нагрузки на контроллер SSD;
• повышение скорости записи-чтения, что критично для БД и массивов;
• как следствие, снижение издержек потребителей и компаний на гарантийное обслуживание.

Последний пункт — крайне важен, так как мы уже многие годы живем в условиях дефицита флеш- и оперативной памяти. При этом основным потребителем массивов для хранения данных все еще остаются крупные компании из Enterprise-сегмента, а базы данных или прочие статичные массивы — все еще самый популярный сценарий использования хранилищ данных. При этом увеличение скорости доступа к файлам без увеличения стоимости производства оборудования — серьезный буст для всего сектора.

Полезные ссылки по теме

• Официальная запись в блоге Western Digital;
• Официальный сайт проекта новой файловой системы DZS;
• вместе со всей доступной документацией для начала пользования;
• и бенчмарками.

---

Специально для читателей Хабра у нас 50% скидка на любые серверы и VPS любых конфигураций!

Промокод при покупке на нашем сайте:

habrhabr

Промокод активен до 2 февраля 2021 года!