上篇 「柱面-磁頭-扇區尋址的一些舊事」 整理了一下我對磁盤類存儲設備(包括軟盤、硬盤,不包括光盤、磁帶)的一些理解, 算是爲以後討論文件系統作鋪墊;這篇整理一下我對閃存類存儲設備的理解。

這裏想要討論的閃存類存儲是指 SSD 、SD卡、U盤、手機內置閃存等基於 NAND 又有閃存轉換層的存儲設備(下文簡稱閃存盤),但不包括裸 NAND 設備、3D Xpoint (Intel Optane)等相近物理結構但是沒有類似的閃存轉換層的存儲設備。 閃存類存儲設備這幾年發展迅猛,SD卡和U盤早就替代軟盤成爲數據交換的主流, SSD 大有替代硬盤的趨勢。 因爲發展迅速,所以其底層技術變革很快,不同於磁盤類存儲技術有很多公開資料可以獲取, 閃存類存儲的技術細節通常是廠商們的祕密,互聯網上能找到很多外圍資料, 但是關於其如何運作的細節卻很少提到。所以我想先整理一篇筆記,記下我蒐集到的資料,加上我自己的理解。 本文大部分信息來源是 Optimizing Linux with cheap flash drivesA Summary on …

在 SSD 這種新興存儲設備普及之前,很長一段時間硬盤是個人計算機的主要存儲設備。 更往前的磁帶機不常見於個人計算機,軟盤的地位很快被硬盤取代,到 SSD 出現爲止像 MiniDiscDVD-RAM 等存儲設備也從未能挑戰過硬盤的地位。硬盤作爲主要存儲設備,自然也影響了文件系統的設計。

這篇筆記稍微聊一聊硬盤這種存儲設備的尋址方式對早期文件系統設計的一些影響,特別是 柱面-磁頭-扇區尋址(Cylinder-head-sector addressing, 簡稱CHS尋址)的起源和發展。 大部分內容來自維基百科 Cylinder-head-sector 詞條 這裏只是記錄筆記。現今的硬盤已經不再採用 CHS 尋址,其影響卻還能在一些文件系統設計中看到影子。

柱面、磁頭、扇區以及相關術語

磁盤示意圖(來自維基百科 Cylinder-head-sector 詞條
chs-illustrate-trans.svg

如右圖所示,一塊硬盤(Hard Disk Drive, HDD)是一個圓柱體轉軸上套着一些磁碟片(platter), 然後有一條磁頭臂(actuator arm)插入磁碟片間的位置 …

zfs 這個東西倒是名不符實。叫 z storage stack 明顯更符合。 叫 fs 但不做 fs 自然確實會和 btrfs 有很大出入。
我反而以前還好奇為什麼 btrfs 不弄 zvol , 直到我意識到這東西真是一個 fs ,名符奇實。
—— 某不愿透露姓名的 Ext2FSD 開發者

Btrfs 和 ZFS 都是開源的寫時拷貝(Copy on Write, CoW)文件系統,都提供了相似的子卷管理和 快照(snapshot)的功能。網上有不少文章都評價 ZFS 實現 CoW FS 的創新之處,進而想說「 Btrfs 只是 Linux/GPL 陣營對 ZFS …

2020年2月9日更新過

ZFS 在設計之初源自於 Sun 內部多次重寫 UFS 的嘗試,背負了重構 Solaris 諸多內核子系統的重任,從而不同於 Linux 的文件系統只負責文件系統的功能而把其餘功能(比如內存髒頁管理, IO調度)交給內核更底層的子系統, ZFS 的整體設計更層次化並更獨立,很多部分可能和 Linux/FreeBSD 內核已有的子系統有功能重疊。

似乎很多關於 ZFS 的視頻演講和幻燈片有講到子系統架構,但是找了半天也沒找到網上關於這個的說明文檔。 於是寫下這篇筆記試圖從 ZFS 的早期開發歷程開始,記錄一下 ZFS 分層架構中各個子系統之間的分工。 也有幾段 OpenZFS Summit 視頻佐以記錄那段歷史。

早期架構

早期 ZFS 在開發時大體可以分爲上下三層,分別是 ZPL, DMU 和 SPA ,這三層分別由三組人負責。

最初在 Sun 內部帶領 ZFS …