أخبار الشركة عن يوفر Sandook إدارة مجمعة لتعزيز أداء SSD

طور باحثون من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا وجامعة تافتس نظام إدارة يعزز الأداء لمجمعات أقراص SSD يخفف من تباطؤ الأداء الناتج عن عمليات المسح والكتابة على مستوى الكتلة وجمع القمامة.

يُطلق على هذا النظام اسم Sandook، وهو يفصل بين خصائص أقراص SSD التي تحد من الأداء على المدى القصير والطويل باستخدام هيكل تحكم من طبقتين يتم تغذيته ببيانات تتبع من برامج وكيلة تعمل على خوادم التخزين.

يمكن أن يتقلب أداء أقراص SSD بشكل كبير بناءً على مزيج طلبات القراءة والكتابة. نظرًا لأن عمليات الكتابة تتطلب دورة مسح وإعادة كتابة على مستوى الكتلة، فهي أبطأ بكثير من عمليات القراءة، ويمكن أن يؤدي حركة مرور الكتابة الكثيفة إلى تدهور أداء القراءة الإجمالي. يمكن أن يختلف الأداء أيضًا عبر إعدادات SDS من بائعين مختلفين، وحتى بين أقراص SSD من نفس الشركة المصنعة والدفعة. عندما يقوم متحكم قرص SSD باستعادة الخلايا المحذوفة داخل كتلة، يجب عليه نسخ البيانات الصالحة للخارج، ومسح الكتلة، وإعادتها إلى المجمع المجاني - وهي عملية تُعرف باسم جمع القمامة. تتم إدارة هذه العملية عادةً بشكل مستقل بواسطة كل متحكم قرص SSD ويمكن أن تؤدي إلى انخفاضات مفاجئة وكبيرة في الأداء.

يتصور الباحثون مجموعة حوسبة تتكون من عقد حوسبة وخوادم تخزين. يعمل متحكم مركزي داخل مجموعة الحوسبة، جنبًا إلى جنب مع برامج العملاء على خوادم الحوسبة وبرامج الوكلاء على خوادم التخزين. تستخدم خوادم التخزين أقراص SSD قياسية جاهزة، كل منها مزود بمتحكمه الأصلي الخاص.

يحتفظ متحكم Sandook بسجل لجميع أقراص SSD، بعد أن قام بتوصيف كل منها لإنشاء خطوط أساس للأداء مثل إمكانيات IOPS. يقوم بتعيين أوضاع القراءة أو الكتابة لمحركات الأقراص الفردية ويتلقى تحديثات أداء في الوقت الفعلي كل 200 مللي ثانية من وكلاء Sandook على خوادم التخزين. باستخدام هذه البيانات، يقوم بحساب أوزان القراءة والكتابة المعدلة حسب الطلب العالمي لوحدة الإدخال والإخراج للمجموعة ويشارك قرارات الجدولة هذه مع برامج عملاء Sandook على خوادم الحوسبة.

بالنسبة لعمليات القراءة، يستفيد Sandook من النسخ المتماثل للكتل الموجود - والذي يُستخدم بالفعل لتحمل الأخطاء - لتوجيه طلبات القراءة بمرونة عبر النسخ المتماثلة على أقراص SSD مختلفة. بالنسبة لعمليات الكتابة، فإنه يستخدم تصميمًا منظمًا في سجل يسمح بتوجيه عمليات الكتابة إلى أي قرص SSD بغض النظر عن موضع الكتلة المنطقية. يضمن هذا الدرجة العالية من المرونة إمكانية تطبيق سياسات الجدولة دون قيود.

يكشف برنامج عميل Sandook عن واجهة جهاز كتلة قياسية للتطبيقات، ويوجه طلبات الإدخال والإخراج بشفافية إلى أقراص SSD الأكثر ملاءمة بناءً على قواعد جدولة المتحكم. كما أنه يتلقى حالة أقراص SSD في الوقت الفعلي من الوكلاء على جانب التخزين ويمكنه تقليل أولوية قرص SSD أثناء جمع القمامة. ثم يتم إعادة توجيه طلبات القراءة والكتابة إلى محركات أقراص أخرى، مما يمنع زمن الاستجابة الذيل المفرط في نظام التخزين العام.

تقوم وكلاء Sandook (1) بمعالجة أوامر القراءة والكتابة من العملاء وإعادة توجيهها إلى أقراص SSD المستهدفة؛ (2) توفير مراقبة مستقلة عن الأجهزة، بما في ذلك التوصيف الدوري وإشارات الحالة في الوقت الفعلي، لدعم جدولة المتحكم؛ و (3) ترحيل إشارات ازدحام أقراص SSD إلى العملاء حتى يمكن التعامل مع الأحداث قصيرة المدى مثل جمع القمامة محليًا وفوريًا عن طريق تحويل الإدخال والإخراج إلى أقراص SSD أخرى في الخادم.

إن الحمل الزائد على الذاكرة ووحدة المعالجة المركزية لمراقبة عشرات أقراص SSD لكل خادم تخزين ضئيل.

قام الباحثون بتقييم Sandook تحت أربعة أعباء عمل:

بشكل عام، يحسن Sandook إنتاجية الإدخال والإخراج الخام بنسبة 30-82٪ مقارنة بالأنظمة الحالية التي تعالج مصدرًا واحدًا فقط لتقلب الأداء، مع الحفاظ على زمن استجابة ذيل أقل من مللي ثانية. بالنسبة للتطبيقات غير المعدلة التي تشترك في مجمع أقراص SSD، تتحسن الإنتاجية من طرف إلى طرف بنسبة 12-94٪.

على وجه التحديد، مقارنة بالأنظمة السابقة، فإنه يوفر إنتاجية تخزين أعلى بمقدار 1.7 مرة، وإنتاجية تطبيقات أعلى بمقدار 1.12-1.94 مرة، وزمن استجابة أقل بنسبة 71-88٪، واستخدام GPU أعلى بنسبة 23٪ - دون الحاجة إلى أجهزة مخصصة أو تغييرات في التطبيقات.

ورقة Sandook، بعنوان "إطلاق العنان لإمكانيات أقراص SSD في مراكز البيانات من خلال ترويض تقلبات الأداء"، متاحة كملف PDF قابل للتنزيل. سيتم تقديم العمل في ندوة USENIX حول تصميم وتنفيذ الأنظمة المتصلة بالشبكة (NSDI 2026) في رينتون، واشنطن، من 4 إلى 6 مايو.