JCST 2023 Paper 分布式元数据论文阅读笔记整理
问题
非易失性存储器（NVM）提供比块设备更低的延迟和更高的带宽，支持字节可寻址，并提供可用作内存级存储设备（非易失性主存储器，NVMM）的持久性。因此，可以直接在NVMM上构建一个文件系统。但传统的文件系统是基于慢速块设备设计的，使用深度和复杂的软件栈来优化文件系统性能，并不适用于NVMM文件系统。在NVMM文件系统中，应重新考虑性能、可扩展性、延迟、崩溃一致性、写放大、数据保护、磨损均衡和跨硬件存储。
目前NVMM的读写延迟和带宽如表1所示。
本文工作
本文调查了优化NVMM文件系统的现有工作。
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分析了在NVMM上直接使用传统文件系统时存在的问题，包括软件开销大、可扩展性有限、一致性保证技术不当等。
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总结了30种典型的NVMM文件系统的技术，并分析了它们的优缺点。
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为基于真实硬件Optane DC持久存储模块设计高性能NVMM文件系统提供了一些建议：应用各种技术来减少软件开销；提高虚拟文件系统（VFS）的可扩展性；采用高度并发的数据结构（如锁和索引）；使用内存保护密钥（MPK）进行数据保护；仔细设计跨媒体文件系统的数据放置/迁移。
减少软件开销
基本架构
优化方法
提升并发性
优化方法
崩溃一致性
COW和日志
日志结构
软更新
快照
优化方法
数据保护和磨损均衡
在用户级别使用MPK，在监督模式下使用写入机制。对于NVMM中的硬件错误，可以使用校验和和ECC。
Inode经常被访问，很容易导致磨损，设计文件系统时应考虑这一点。
跨硬件存储系统
使用NVMM作为cache，或使用NVMM存储经常访问的数据。
优化方法
总结
对现有NVMM上的文件系统进行总结，现有方法主要从4个方面进行优化：降低软件开销（缩短IO栈、NVMM感知缓存、使用用户级文件系统、构建NVMM友好索引）、优化扩展性（细粒度锁、高并发索引结构）、优化崩溃一致性（日志、写时复制）、优化跨硬件存储系统（NVMM作为caceh、数据放置和迁移）。
