上篇 「柱面-磁头-扇区寻址的一些旧事」 整理了一下我对磁盘类存储设备(包括软盘、硬盘,不包括光盘、磁带)的一些理解, 算是为以后讨论文件系统作铺垫;这篇整理一下我对闪存类存储设备的理解。

这里想要讨论的闪存类存储是指 SSD 、SD卡、U盘、手机内置闪存等基于 NAND 又有闪存转换层的存储设备(下文简称闪存盘),但不包括裸 NAND 设备、3D Xpoint (Intel Optane)等相近物理结构但是没有类似的闪存转换层的存储设备。 闪存类存储设备这几年发展迅猛,SD卡和U盘早就替代软盘成为数据交换的主流, SSD 大有替代硬盘的趋势。 因为发展迅速,所以其底层技术变革很快,不同于磁盘类存储技术有很多公开资料可以获取, 闪存类存储的技术细节通常是厂商们的秘密,互联网上能找到很多外围资料, 但是关于其如何运作的细节却很少提到。所以我想先整理一篇笔记,记下我搜集到的资料,加上我自己的理解。 本文大部分信息来源是 Optimizing Linux with cheap flash drivesA Summary on …

在 SSD 这种新兴存储设备普及之前,很长一段时间硬盘是个人计算机的主要存储设备。 更往前的磁带机不常见于个人计算机,软盘的地位很快被硬盘取代,到 SSD 出现为止像 MiniDiscDVD-RAM 等存储设备也从未能挑战过硬盘的地位。硬盘作为主要存储设备,自然也影响了文件系统的设计。

这篇笔记稍微聊一聊硬盘这种存储设备的寻址方式对早期文件系统设计的一些影响,特别是 柱面-磁头-扇区寻址(Cylinder-head-sector addressing, 简称CHS寻址)的起源和发展。 大部分内容来自维基百科 Cylinder-head-sector 词条 这里只是记录笔记。现今的硬盘已经不再采用 CHS 寻址,其影响却还能在一些文件系统设计中看到影子。

柱面、磁头、扇区以及相关术语

磁盘示意图(来自维基百科 Cylinder-head-sector 词条
chs-illustrate-trans.svg

如右图所示,一块硬盘(Hard Disk Drive, HDD)是一个圆柱体转轴上套着一些磁碟片(platter), 然后有一条磁头臂(actuator arm)插入磁碟片间的位置 …

zfs 这个东西倒是名不符实。叫 z storage stack 明显更符合。 叫 fs 但不做 fs 自然确实会和 btrfs 有很大出入。
我反而以前还好奇为什么 btrfs 不弄 zvol , 直到我意识到这东西真是一个 fs ,名符奇实。
—— 某不愿透露姓名的 Ext2FSD 开发者

Btrfs 和 ZFS 都是开源的写时拷贝(Copy on Write, CoW)文件系统,都提供了相似的子卷管理和 快照(snapshot)的功能。网上有不少文章都评价 ZFS 实现 CoW FS 的创新之处,进而想说「 Btrfs 只是 Linux/GPL 阵营对 ZFS …

2020年2月9日更新过

ZFS 在设计之初源自于 Sun 内部多次重写 UFS 的尝试,背负了重构 Solaris 诸多内核子系统的重任,从而不同于 Linux 的文件系统只负责文件系统的功能而把其余功能(比如内存脏页管理, IO调度)交给内核更底层的子系统, ZFS 的整体设计更层次化并更独立,很多部分可能和 Linux/FreeBSD 内核已有的子系统有功能重叠。

似乎很多关于 ZFS 的视频演讲和幻灯片有讲到子系统架构,但是找了半天也没找到网上关于这个的说明文档。 于是写下这篇笔记试图从 ZFS 的早期开发历程开始,记录一下 ZFS 分层架构中各个子系统之间的分工。 也有几段 OpenZFS Summit 视频佐以记录那段历史。

早期架构

早期 ZFS 在开发时大体可以分为上下三层,分别是 ZPL, DMU 和 SPA ,这三层分别由三组人负责。

最初在 Sun 内部带领 ZFS …