高效SSD解决方案——FDP实现灵活数据放置

01 NAND寿命，企业级SSD厂商的重要难题

在大规模存储环境中，特别是多应用、多用户场景下，不同生命周期的数据流混合存放，导致SSD的写放大升高，同时频繁GC占用额外NAND写入带宽，会导致SSD写入性能在大幅下降，同时降低SSD的寿命。

为延长SSD寿命，业界一直追求“WAF=~1”的理想目标。近年来，Meta和Google提出的FDP(Flexsible Data Placement)方案证明了这一目标的可行性，NVME标准化组织也在考虑将其纳入标准协议。

02 FDP带来更高效&长寿的SSD

在传统SSD上，当多个应用的数据同时写入时，不同的数据可能混合写在同一个超级块上，每个应用的数据分散在不同的NAND芯片上。当一个应用的数据被删除时，会在超级块上产生碎片。为了重新利用这些空间，SSD需要进行垃圾回收（GC），将超级块上的有效数据搬移。由此我们可以看出，在传统SSD上WAF高的直接原因是不同应用数据被写到同一物理空间上。

如果将不同应用的数据写到独立的物理空间上，当删除一个应用的数据时，只需擦除并回收该应用的相关物理空间，就能减少GC的搬移数据量。FDP正是基于这个原理，提供高效的数据布局方式来减少WAF。

FDP模型引入了RU（回收单元）、RG（回收组）和RUH（回收单元句柄）三个概念。RU是可以独立擦写的物理单元，多个RU组成一个RG，RG之间的性能和可靠性互不影响。RUH是RU的写指针，当一个RU写满后，会切换到另一个RU上。主机可以通过IO命令，将不同应用的数据通过不同的RUH写入RU中，实现数据隔离。

FDP还提供了一些机制，让主机感知盘内写入数据情况，以辅助决定数据的写入和回收策略。例如，通过相关接口获取RU的粒度(RUNS)、当前RU的剩余写入量(RUAMW)、RU的预估更新时间(EARUTR)等信息。盘片还可以通过上报event(Host Events/Controller Events)，通知RUH相关的异常情况。

03 大普微FDP解决方案

大普微Haishen5系列SSD支持FDP特性和多种FDP配置，系统可以根据不同业务类型在Namespace上使用不同的RUH，并为RUH配置不同的数据隔离属性。同时支持多Namespace共享RUH，多Namespace上如果业务数据属性相同可以使用同一RUH，方便系统对RUH的管理也节省了RUH资源。

我们用CacheLib测试了Haishen5的FDP功能的效果，测试结果如下：

从测试对比结果可以看出，用kvcache trace模拟真实场景业务，在FDP开启后CacheLib将BigHash和BlockCache业务进行了分流，WAF明显降低并且接近1。

FDP的应用推动了存储管理向更高效发展方向，相信这项技术在超大型数据中心和云服务商能得到普及，并带来可观的收益。