Lưu ý
Mục đích của file này là để độc giả tiếng Việt có thể đọc và hiểu tài liệu nhân kernel dễ dàng hơn, không phải để tạo ra một nhánh tài liệu riêng. Nếu bạn có bất kỳ nhận xét hoặc cập nhật nào cho file này, vui lòng thử cập nhật file tiếng Anh gốc trước. Nếu bạn thấy có sự khác biệt giữa bản dịch và bản gốc, hoặc có vấn đề về bản dịch, vui lòng gửi góp ý hoặc patch cho người dịch của file này, hoặc nhờ người bảo trì và người review tài liệu tiếng Việt giúp đỡ.
- Bản gốc:
- Người dịch:
Google Translate (machine translation)
- Phiên bản gốc:
8541d8f725c6
Cảnh báo
Tài liệu này được dịch tự động bằng máy và chưa được review bởi người dịch. Nội dung có thể không chính xác hoặc khó hiểu ở một số chỗ. Khi có sự khác biệt với bản gốc, bản gốc luôn là chuẩn. Bản dịch chất lượng cao (được review) được đặt trong thư mục vi_VN/.
BTT - Bảng dịch khối¶
1. Giới thiệu¶
Bộ lưu trữ dựa trên bộ nhớ liên tục có thể thực hiện IO theo byte (hoặc nhiều hơn chính xác, dòng bộ đệm) chi tiết. Tuy nhiên, chúng ta thường muốn phơi bày những điều đó lưu trữ như các thiết bị khối truyền thống. Trình điều khiển khối cho bộ nhớ liên tục sẽ làm chính xác điều này Tuy nhiên, họ không cung cấp bất kỳ sự đảm bảo nào về tính nguyên tử. SSD truyền thống thường cung cấp khả năng bảo vệ chống lại các thành phần bị rách trong phần cứng, sử dụng năng lượng dự trữ trong tụ điện để hoàn thành việc ghi khối trong chuyến bay, hoặc có lẽ trong phần sụn. Chúng tôi không có được sự sang trọng này với bộ nhớ liên tục - nếu một thao tác ghi được thực hiện tiến triển và chúng tôi gặp sự cố mất điện, khối sẽ chứa hỗn hợp cũ và dữ liệu mới. Các ứng dụng có thể không được chuẩn bị để xử lý tình huống như vậy.
Bảng dịch khối (BTT) cung cấp ngữ nghĩa cập nhật khu vực nguyên tử cho thiết bị bộ nhớ liên tục, để các ứng dụng dựa trên khu vực ghi không bị rách có thể tiếp tục làm như vậy. BTT thể hiện dưới dạng một khối xếp chồng lên nhau thiết bị và dành một phần dung lượng lưu trữ cơ bản cho siêu dữ liệu của nó. Tại trung tâm của nó là một bảng hướng dẫn ánh xạ lại tất cả các khối trên khối lượng. Nó có thể được coi là một hệ thống tập tin cực kỳ đơn giản, chỉ cung cấp thông tin cập nhật về lĩnh vực nguyên tử.
2. Bố cục tĩnh¶
Bộ lưu trữ cơ bản mà BTT có thể được đặt trên đó không bị giới hạn dưới bất kỳ hình thức nào. Tuy nhiên, BTT chia không gian có sẵn thành các phần có kích thước lên tới 512 GiB, được gọi là “Đấu trường”.
Mỗi đấu trường tuân theo cùng một bố cục cho siêu dữ liệu của nó và tất cả các tham chiếu trong một đấu trường là nội bộ của nó (ngoại trừ một trường trỏ đến đấu trường tiếp theo). Phần sau đây mô tả bố cục siêu dữ liệu “Trên đĩa”:
- Cửa hàng ủng hộ +-------> Đấu trường
+--------------+ | +-------------------+ ZZ0000ZZ ZZ0001ZZ Khối thông tin đấu trường | ZZ0002ZZ 4K | ZZ0003ZZ +-------------------+ ZZ0004ZZ ZZ0005ZZ +--------------+ ZZ0006ZZ ZZ0007ZZ ZZ0008ZZ ZZ0009ZZ ZZ0010ZZ ZZ0011ZZ ZZ0012ZZ ZZ0013ZZ ZZ0014ZZ +--------------+ ZZ0015ZZ ZZ0016ZZ ZZ0017ZZ ZZ0018ZZ ZZ0019ZZ ZZ0020ZZ ZZ0021ZZ ZZ0022ZZ ZZ0023ZZ ZZ0024ZZ ZZ0025ZZ +--------------+ +-------------------+
ZZ0026ZZ ZZ0027ZZ ZZ0028ZZ ZZ0029ZZ +-------------------+ ZZ0030ZZ ZZ0031ZZ ZZ0032ZZ +-------------------+ ZZ0033ZZ ZZ0034ZZ +-------------------+
3. Lý thuyết hoạt động¶
Một. Bản đồ BTT¶
Bản đồ là một bảng tra cứu/chỉ dẫn đơn giản ánh xạ LBA tới một bảng nội bộ khối. Mỗi mục bản đồ là 32 bit. Hai bit quan trọng nhất là đặc biệt cờ và phần còn lại tạo thành số khối nội bộ.
Mô tả bit¶
31 - 30 Cờ lỗi và cờ Zero - Được sử dụng theo cách sau:
Một số thuật ngữ sẽ được sử dụng sau này:
- Sơ đồ trước ABA Khối chuyển vào đấu trường, được quyết định theo phạm vi
kiểm tra LBA bên ngoài
- Postmap ABA Số khối trong khu vực “Khối dữ liệu” thu được sau
hướng từ bản đồ
- nfree Số lượng khối miễn phí được duy trì tại bất kỳ thời điểm nào.
Đây là số lần ghi đồng thời có thể xảy ra với đấu trường.
Ví dụ: sau khi thêm BTT, chúng tôi sẽ hiển thị một đĩa có dung lượng 1024G. Chúng tôi nhận được một bài đọc cho LBA bên ngoài ở 768G. Điều này rơi vào đấu trường thứ hai và của 512G giá trị khối mà đấu trường này đóng góp, khối này ở mức 256G. Như vậy, bản đồ trước ABA là 256G. Bây giờ chúng ta tham khảo bản đồ và tìm ra ánh xạ cho khối ‘X’ (256G) trỏ đến khối ‘Y’, giả sử ‘64’. Do đó, postmap ABA là 64.
BTT cung cấp tính nguyên tử của khu vực bằng cách thực hiện mỗi lần ghi thành “ghi phân bổ”, tức là mỗi lần ghi đều chuyển đến một khối “miễn phí”. Một danh sách các khối miễn phí đang chạy là được duy trì ở dạng phao BTT. ‘Flog’ là sự kết hợp của các từ “danh sách miễn phí” và “nhật ký”. Flog chứa các mục ‘nfree’ và một mục chứa:
khối miễn phí.
- new_map Bản đồ bưu điện mới ABA. Bản đồ sẽ được cập nhật để phản ánh điều này
ánh xạ lba->postmap_aba, nhưng chúng tôi đăng nhập nó ở đây trong trường hợp chúng tôi phải phục hồi.
- seq Số thứ tự để đánh dấu phần nào trong 2 phần của mục nhập flog này là
hợp lệ/mới nhất. Nó quay vòng trong khoảng 01->10->11->01 (nhị phân) trong điều kiện bình thường hoạt động, với 00 biểu thị trạng thái chưa được khởi tạo.
lba’ mục nhập lba thay thế old_map’ mục nhập bản đồ cũ thay thế new_map’ mục nhập bản đồ mới thay thế seq’ số thứ tự thay thế. ====================================================================================
Mỗi trường trên là 32 bit, tạo thành một mục nhập 32 byte. Các mục cũng được được đệm đến 64 byte để tránh chia sẻ hoặc đặt bí danh dòng bộ đệm. Cập nhật Flog là được thực hiện sao cho đối với bất kỳ mục nào được viết, nó: một. ghi đè phần ‘cũ’ trong mục nhập dựa trên số thứ tự b. ghi phần ‘mới’ sao cho số thứ tự được viết cuối cùng.
Trong khi ‘nfree’ mô tả số lượng IO đồng thời mà một đấu trường có thể xử lý đồng thời, ‘nlanes’ là số lượng IO mà toàn bộ thiết bị BTT có thể quá trình:
nlanes = phút(nfree, num_cpus)
Số làn được lấy khi bắt đầu bất kỳ IO nào và được sử dụng để lập chỉ mục vào tất cả cấu trúc dữ liệu trên đĩa và trong bộ nhớ trong suốt thời gian của IO. Nếu có nhiều CPU hơn số làn tối đa có sẵn, hơn số làn được bảo vệ bởi spinlocks.
Hãy xem xét trường hợp chúng ta có hai luồng, một luồng đọc và luồng kia, viết. Chúng ta có thể gặp phải điều kiện trong đó luồng tác giả lấy một khối trống để thực hiện một IO mới, nhưng chuỗi trình đọc (chậm) vẫn đang đọc từ nó. Nói cách khác, người đọc tham khảo một mục bản đồ và bắt đầu đọc khối tương ứng. A người viết bắt đầu ghi vào cùng một LBA bên ngoài và hoàn tất việc cập nhật ghi bản đồ cho LBA bên ngoài đó trỏ tới bản đồ bưu điện ABA mới của nó. Tại thời điểm này khối nội bộ, postmap mà người đọc đang (vẫn) đọc đã được chèn vào vào danh sách các khối miễn phí. Nếu có một lần ghi khác cho cùng một LBA, nó có thể lấy khối trống này và bắt đầu viết vào nó, khiến người đọc đọc dữ liệu không chính xác. Để ngăn chặn điều này, chúng tôi giới thiệu RTT.
RTT là một bảng đấu trường đơn giản với các mục ‘không miễn phí’. Mỗi độc giả chèn vào rtt[lane_number], postmap ABA mà nó đang đọc và xóa nó sau đọc là xong. Mỗi chuỗi nhà văn, sau khi lấy một khối trống, sẽ kiểm tra RTT vì sự hiện diện của nó. Nếu khối miễn phí của bản đồ bưu điện nằm trong RTT, nó sẽ đợi cho đến khi đầu đọc xóa mục nhập RTT và chỉ sau đó mới bắt đầu ghi vào mục đó.
Hãy xem xét trường hợp hai luồng tác giả đang ghi vào cùng một LBA. Có thể có là một cuộc đua theo trình tự các bước sau:
- free[lane] = bản đồ[premap_aba]
bản đồ[premap_aba] = postmap_aba
Cả hai luồng đều có thể cập nhật [làn đường] miễn phí tương ứng của chúng với cùng một làn đường cũ, được giải phóng postmap_aba. Điều này đã làm cho bố cục không nhất quán do mất một mục nhập miễn phí và đồng thời nhân đôi một lối vào tự do khác cho hai làn đường.
Để giải quyết vấn đề này, chúng ta có thể phải sử dụng một khóa bản đồ duy nhất (mỗi đấu trường) trước khi thực hiện trình tự trên nhưng chúng tôi cảm thấy điều đó có thể gây tranh cãi. Thay vào đó, chúng tôi sử dụng một mảng map_locks (nfree) được lập chỉ mục bởi (premap_aba modulo nfree).
Khi khởi động, chúng tôi phân tích Flog BTT để tạo danh sách các khối miễn phí. Chúng tôi đi bộ thông qua tất cả các mục và đối với mỗi làn, trong số hai mục có thể ‘phần’, chúng tôi luôn chỉ xem xét phần gần đây nhất (dựa trên trình tự số). Các quy tắc/bước xây dựng lại rất đơn giản:
Đọc bản đồ[log_entry.lba].
Nếu log_entry.new khớp với mục nhập bản đồ thì log_entry.old miễn phí.
Nếu log_entry.new không khớp với mục bản đồ thì log_entry.new sẽ miễn phí. (Trường hợp này chỉ có thể xảy ra do mất điện/tắt máy không an toàn)
Đọc:
Chuyển đổi LBA bên ngoài thành số đấu trường + ABA trước bản đồ
Nhận làn đường (và lấy làn_lock)
Đọc bản đồ để lấy mục nhập cho bản đồ trước ABA này
Nhập post-map ABA vào RTT[lane]
Nếu cờ TRIM được đặt trên bản đồ, hãy trả về số 0 và kết thúc IO (chuyển tới bước 8)
Nếu cờ ERROR được đặt trên bản đồ, hãy kết thúc IO bằng EIO (chuyển tới bước 8)
Đọc dữ liệu từ khối này
Xóa mục nhập ABA sau bản đồ khỏi RTT[lane]
Nhả làn (và Lane_lock)
Viết:
Chuyển đổi LBA bên ngoài thành số Arena + ABA trước bản đồ
Nhận làn đường (và lấy làn_lock)
- Sử dụng làn đường để lập chỉ mục vào danh sách trống trong bộ nhớ và nhận khối mới, lượt tiếp theo
chỉ mục, số thứ tự tiếp theo
Quét RTT để kiểm tra xem có khối trống hay không và quay/chờ nếu có.
Ghi dữ liệu vào khối trống này
Đọc bản đồ để lấy mục ABA sau bản đồ hiện có cho ABA trước bản đồ này
Viết mục nhập flog: [premap_aba / old postmap_aba / new postmap_aba / seq_num]
Viết post-map ABA mới vào bản đồ.
Viết mục post-map cũ vào danh sách miễn phí
Tính số thứ tự tiếp theo và ghi vào mục danh sách trống
Nhả làn (và Lane_lock)
4. Xử lý lỗi¶
Đấu trường sẽ ở trạng thái lỗi nếu bất kỳ siêu dữ liệu nào bị hỏng không thể phục hồi được do lỗi hoặc lỗi phương tiện. Các điều kiện sau chỉ ra một lỗi:
Tổng kiểm tra khối thông tin không khớp (và việc khôi phục từ bản sao cũng không thành công)
Tất cả các khối có sẵn bên trong không được xử lý duy nhất và hoàn toàn bởi tổng số khối được ánh xạ và khối miễn phí (từ flog BTT).
Việc xây dựng lại danh sách miễn phí từ flog bị thiếu/trùng lặp/không thể mục
Một mục bản đồ nằm ngoài giới hạn
Nếu gặp phải bất kỳ tình trạng lỗi nào trong số này, đấu trường sẽ được chuyển sang trạng thái đọc trạng thái duy nhất sử dụng cờ trong khối thông tin.
5. Cách sử dụng¶
BTT có thể được thiết lập trên bất kỳ đĩa (không gian tên) nào được hệ thống con libnvdimm hiển thị (chế độ pmem hoặc blk). Cách dễ nhất để thiết lập một không gian tên như vậy là sử dụng Tiện ích ‘ndctl’ [1]:
Ví dụ: dòng lệnh ndctl để thiết lập btt với kích thước cung 4k là:
ndctl create-namespace -f -e namespace0.0 -m Sector -l 4k
Xem ndctl create-namespace --help để có thêm tùy chọn.
[1]: ZZ0000ZZ