是真沒想到啊，網(wǎng)盤圈還能熱鬧起來。
阿里云盤開始會員收費了，單位容量價格還是主要競品的1/4。
消息一出，便立刻成為了一則用戶和行業(yè)熱議的話題。
各個社區(qū)也一下子出現(xiàn)了各種算賬黨：
△圖源：微博達人@午后狂睡
△圖源：B站達人@格物時間
不過在這熱議的背后，一個關鍵的問題便隨之浮現(xiàn)：在百度網(wǎng)盤占據(jù)超過2/3市場的情況下，如果在網(wǎng)盤市場繼續(xù)價格戰(zhàn)，真的還有意義嗎？
量子位雖然未能獲得各家詳細成本資料，但通過另一種方式，獨家采訪到全球存儲技術大佬，了解到數(shù)據(jù)中心存儲技術的前沿儲備。
這也許才是未來個人云存儲的科技勝負手吧。
去年5月，就有海龜存儲專家告訴量子位，未來數(shù)據(jù)中心硬盤的全球新標準協(xié)議已經(jīng)通過。
總結一句話來說就是——
數(shù)據(jù)中心硬盤和存儲系統(tǒng)溝通的協(xié)議，正在發(fā)生像移動通信從4G到5G的那種變化。
具體來說，這種NVMe2.0指令集中，關于固態(tài)閃存盤（SSD）和疊瓦磁盤(SMR)都可用的新標準ZNS（Zoned Namespace）
當時的一份指令集版本里，可以看到ZNS協(xié)議的核心作者（Technical Proposal Author）們經(jīng)過了四年多時間，才最終與會員達成了最終標準設定。
這時很多友友們又會問了，所以呢？
別急，接下來我們就來講講，這個ZNS標準和存儲性能的關系。
對NVMe這個詞，凡是買過SSD（固態(tài)硬盤）的人一定不會陌生。
NVMe代表“非易失性存儲器規(guī)范”，最大的特點就是不必實時供電、數(shù)據(jù)傳輸快。
2011年首次問世以來，NVMe迅速占領市場，成為高端SSD的代名詞。
從手機（蘋果手機內存使用NVMe規(guī)范）、家用硬盤到企業(yè)云存儲都有廣泛應用。
而ZNS指令集標準正是新一代NVMe2.0中針對進一步改善SSD性能和壽命的一種新嘗試。
SSD的速度和使用壽命，都受到一種“寫放大效應”的影響。
在操作系統(tǒng)的視角看來，SSD內部會分成一個個塊（Block），塊里面再分成頁（Page）。
基于SSD的硬件特點，寫入時可以按頁為單位，刪除時卻只能整塊刪除。
如果一個塊里有需要保留的數(shù)據(jù)，也有需要刪除的數(shù)據(jù)怎么辦？
傳統(tǒng)做法，是先把需要保留的數(shù)據(jù)挪到另一個塊里，再對原來的塊整體刪除。
對于一次寫入操作，比如寫入1個G數(shù)據(jù)，實際執(zhí)行的寫入量還要再乘上一個寫放大系數(shù)（WAF）。
可以看出，寫放大系數(shù)越大，對寫入速度的影響也就越大。
并且，SSD的閃存單元有固定的壽命，現(xiàn)在主流的三層單元（TLC）大概在1000次擦寫循環(huán)，成本更低但結構更復雜的四層單元（QLC）只有300-500次。
對于QLC單元的SSD來說，寫放大效應更為致命。
除了影響速度和使用壽命，寫放大效應也是導致SSD需要一定預留空間的“罪魁禍首”。
如果整塊盤存滿，就沒有空間可以去挪動要保留的數(shù)據(jù)了，所以一塊SSD里至少有7%左右空間是不能用的，多的時候這種預留空間（over-provisioning）甚至會達到28%。
7%對于家用硬盤一塊兩塊來說倒也不是不可以接受，但如果存儲引擎在軟件層不給力，20%以上可就太浪費了，尤其對于大規(guī)模使用的云存儲行業(yè)來說，還是挺肉疼的。
為解決以上問題，需要一個全新的存儲技術標準，就好像通訊技術里的5G標準一樣。
ZNS指令集標準應運而生。
其發(fā)起者，是NVMe協(xié)會的Matias Bj?rling，一位從20多歲起就死磕存儲技術的工程師老哥。
為了能把這項技術講明白，我們發(fā)郵件向他詢問了ZNS標準制定過程中的一些細節(jié)。
他認為整個想法的來源很簡單，就是ZNS把SSD的管理層一分為二。
其中管理硬件的事留在硬件內部，把數(shù)據(jù)應該存放到哪這種工作剝離出去，交給軟件和操作系統(tǒng)來做。
最終實現(xiàn)方法是把SSD內部空間劃分成不同區(qū)域（Zone），不同應用的數(shù)據(jù)存儲至特定分區(qū)。
對于長期存放的數(shù)據(jù)，盡量完整的集中放在一些塊里，便可以減少臨時挪動。
雖然是很小的改動，收益卻很大。
理想情況下，使用ZNS標準的SSD可以把寫放大系數(shù)做到接近于1，寫入速度提高的同時大大延長了使用壽命，也解放了不少預留空間。
Matias告訴量子位，這種做法的好處顯而易見，不過也需要付出一定代價。
從軟件、數(shù)據(jù)庫方案到操作系統(tǒng)，都需要針對性的做出適配，才能最大程度發(fā)揮ZNS的價值。
于是，整個標準的制定，就需要硬盤生產(chǎn)方、云計算系統(tǒng)開發(fā)方、應用方共同參與才能完成。
若是搜索一下與ZNS相關的消息，其實不難發(fā)現(xiàn)，全球已經(jīng)有許多硬盤制造商布局于此。
例如西部數(shù)據(jù)早在2020年10月便推出了全球首個ZNS SSD——Ultrastar DC ZN540。
據(jù)悉，與傳統(tǒng)SSD相比，西部數(shù)據(jù)的這款ZNS SSD吞吐量提高4倍，QoS改善2.5倍。
僅時隔半年，另一個“硬盤大玩家”三星，緊隨其后推出了基于ZNS企業(yè)服務器的SSD——PM731a系列。
據(jù)三星方面表示，這款ZNS SSD在容量方面提供2TB和4TB兩種規(guī)格，最大的亮點，便是能夠“延長4倍的數(shù)據(jù)壽命”。
但除了上述這兩家廠商之外，若是查看NVMe的規(guī)范文檔，我們可以發(fā)現(xiàn)全球有許多大玩家也在追隨著ZNS SSD的腳步，并為推動它的發(fā)展發(fā)揮著各自的作用：
NAND制造商：出了剛才提到的三星，還包括Intel、Micron、SK Hynix、Kioxia。
控制器廠商：Microchip。
超標量云計算提供商：微軟、阿里巴巴。
還有一些知名公司包括Seagate、Oracle和NetApp等。
從受到全球產(chǎn)業(yè)鏈巨頭們的熱捧這一層面來看，也可以一定程度上反映出ZNS SSD發(fā)展的正確性。
而在眾多貢獻者之中，云計算廠商的位置非常關鍵，就像前面所說，ZNS硬盤要真的發(fā)揮高性能，需要在存儲系統(tǒng)層面進行聯(lián)動。
目前主流云計算廠商的分布式存儲系統(tǒng)，也確實是不同介質、不同協(xié)議的存儲硬件，都要進行接入適配的自主架構。
如果能深入到硬件層面去影響全球標準，這無疑是所有軟件系統(tǒng)商核心能力的呈現(xiàn)。
為此，我們特意向Matias做了求證——云計算廠商為NVMe社區(qū)和ZNS相關工作做了哪些貢獻？
他在郵件中的回復如下：
在ZNS前一代探索性的協(xié)議OpenChannel中，云廠商是首個大規(guī)模的數(shù)據(jù)中心集成應用實踐者，推動了整個Open-Channel標準最終可用，這些實踐支撐了ZNS標準的確立。
他們的工作對整體軟件和部署復雜性有重大影響，他們降低了軟件開銷，提出了同時保證存儲介質可靠、損耗均衡的關鍵意見，現(xiàn)在在采用ZNS時，可以顯著簡化一系列復雜性，能讓ZNS更容易被使用。
……
不過就目前來看，雖說ZNS SSD是一種大勢所趨不假，但其主要應用的場景還是聚焦在可以高度訂制、更新?lián)Q代較快的數(shù)據(jù)中心硬盤。正如Matias告訴量子位：
“如果希望將（ZNS）這種新的存儲標準接口（Interface）在業(yè)界推廣，人們一定會問，為什么要暴露這么多接口，或者會說，我們不愿意這樣改變。這個過程經(jīng)過了非常多的爭論，隨著獲得的反饋越來越多，標準也逐漸成熟。當云計算廠商開始部署這項技術，它就將會有非常高速的發(fā)展?！?/p>
目前業(yè)內的研究顯示，無論是高性能塊存儲EBS，還是通過SMR磁盤支持的如對象存儲OSS（網(wǎng)盤的主要存儲類型），都有可能在未來受益于ZNS協(xié)議體系。
Matias甚至認為，由于ZNS本身也能很好支持SMR HDD硬盤，所以此前的存儲開源軟件體系也幾乎可以很快復用，無論是標準的文件系統(tǒng)（f2fs，btrfs），或者是開源數(shù)據(jù)庫軟件（RocksDB, Percona MySQL等），都已經(jīng)發(fā)布了支持ZNS版本。
Matias還告訴我們：“ZNS目前還加速獲得手機廠商的興趣，新的閃存盤可能會讓平板和智能手機的電池續(xù)航更久、單元存儲的價格更低?！?/p>
或許在不久的將來，ZNS就會應用到個人存儲的方方面面。
參考鏈接：
[1]https://nvmexpress.org/everything-you-need-to-know-about-the-nvme-2-0-specifications-and-new-technical-proposals/
[2]http://118.31.189.123/2021/05/06/the-next-step-in-ssd-nvme-zns/
[3]https://hardware.slashdot.org/story/20/11/11/2155246/western-digitals-ultrastar-dc-zn540-is-the-worlds-first-zns-ssd?utm_source=rss1.0mainlinkanon&utm_medium=feed
[4]https://news.samsung.com/global/samsung-introduces-its-first-zns-ssd-with-maximized-user-capacity-and-enhanced-lifespan?utm_source=nr_twitter&utm_medium=social
本文來自微信公眾號 “量子位”（ID：QbitAI），作者：金磊 夢晨，36氪經(jīng)授權發(fā)布。
關鍵詞： 數(shù)據(jù)中心 存儲技術 預留空間
