动机和背景
IPLFS是一个避免文件系统层垃圾回收的日志结构文件系统。作者发现，日志结构文件系统的仅追加写入方式会带来不可避免的文件系统层次垃圾回收。十数年来，学界已经提出多种缓解垃圾回收开销的方式，包括空闲时段垃圾回收、预先垃圾回收、选择最合适的回收段算法等。
与此同时，SSD的设备端垃圾回收同样给存储系统带来可观的带宽下降和延迟。当日志结构文件系统和SSD一起使用时，两端的垃圾回收开销可能会叠加影响。为了解决这种问题，大多数工作提出让主机端直接管理闪存页，以解决设备端垃圾回收开销，比如最近的ZNS技术等。
而作者发现，随着计算机系统的发展，大多数组件，比如CPU、内存等都已经支持虚拟化技术，而存储设备则不支持虚拟化。因此作者提出，可以将SSD的LBA和PBA分离，实现SSD的地址虚拟化，从而避免文件系统垃圾回收。
(资料图片)
IPLFS的设计与实现
IPLFS的设计目标是在保持日志结构文件系统仅追加更新特性的同时，完全取消文件系统层垃圾回收。IPLFS的设计共有三个重点：多区域分区布局、无GC的元数据设计、全新的丢弃映射和丢弃日志。
多区域分区布局
为了减小LBA映射表的大小，IPLFS把整个LBA地址空间分为7个大小相同的区域，分别是一个用于存储超级块、节点映射表等数据的IPLFS元数据区，和6个对应存储F2FS不同热度、不同类型数据的段的数据区。在地址空间使用上，IPLFS使用最高的3比特作为区域标识符，剩余58位用来作为地址使用，因此每个区域可以保存258个块，共计1ZB。
元数据设计
元数据的设计要求最小化原始F2FS元数据的盘上数据修改。由于IPLFLS不再需要文件系统垃圾回收，同时由于地址空间过大，因此IPLFS仅移除了F2FS中用于垃圾回收和块丢弃的两个元数据：反向映射表和块分配映射位图。
而IPLFS仍旧保留了节点分配表NAT，而NAT的大小决定了文件系统中文件数量的上限，因此NAT的大小不再是传统的由LBA大小决定，而修改为由PBA大小决定。被移除的分配映射表和反向映射信息由全新的丢弃映射位图和丢弃日志取代。
丢弃无效块
F2FS使用块分配位图有两个原因：一是代表每个段空间利用率，二是追踪最新无效的文件系统块。而在IPLFS中，空间利用率不再重要，而被无效的块仍然需要追踪。IPLFS使用使用丢弃映射位图取代了F2FS的块分配位图，用于表征自最后一个检查点后无效的块，每个位图表示一个分区，每个分区包括一个或多个段。一个丢弃映射位图包括分区的起始地址和映射位图两部分。
当文件系统标识一个块无效，则设置对应的丢弃映射表的无效位，多个丢弃映射表使用哈希表组织为一组，使用段编号作为键。当块被无效时，IPLFS搜索哈希表并查找对应丢弃映射位图，若找到则更新位图；若更新位图不存在则分配一个新的丢弃映射位图并更新，之后将新的位图插入哈希表。
段的大小和文件系统性能存在trade-off。段大小越大，丢弃映射位图越大。段越小则哈希表中的丢弃映射位图条目越多，查询延迟升高。实验表明，最佳段大小为1GB，同时平衡性能和内存压力。
在每个检查点触发时，IPLFS扫描哈希表，对每个丢弃映射位图构造丢弃指令，之后移除对应丢弃映射位图。IPLFS会定期提交丢弃指令。IPLFS单独开启一个线程用于分发丢弃指令，每次唤醒最多下发16条丢弃指令，IPLFS的丢弃指令分发相较F2FS更加激进，无论是否存在等待中的IO，均下发丢弃指令；而F2FS需要等待直到文件系统中无等待中的IO存在再下发丢弃指令。在实验中发现发现激进的下发策略获得了更好的基准测试表现，因为这样做使得SSD的GC更加高效，避免了写放大。
丢弃日志
由于缺乏块分配位图，IPLFS难以感知存储空间泄露，即flash页存储了无效的FS块，但是FS从不回收这些页。如系统崩溃时为下发的丢弃指令。F2FS中恢复程序会根据恢复的块分配位图重建丢弃指令。为了解决这个问题，IPLFS使用了丢弃日志。丢弃日志在下发丢弃指令前建立丢弃指令检查点，保证丢弃指令再下发到设备前被持久化。在检查点包中建立丢弃日志区保存丢弃日志。在每个检查点，IPLFS检查丢弃映射表并创建丢弃指令，IPLFS在丢弃日志区记录丢弃指令的信息(起始LBA、长度)，之后将日志同步落盘，检查点后，IPLFS唤醒丢弃线程提交丢弃指令。
重建丢弃指令分为两个阶段，首先是回滚恢复，恢复模块读取最近的检查点包，重建丢弃指令；之后是前滚恢复，前滚恢复时识别在最近检查点后被写入文件，对比节点块，对比前滚恢复阶段的节点块和检查点时的节点快，识别修改记录，针对新分配的节点块更新文件映射表。
中间映射表设计
为了解决过大的LBA占用过多SSD映射资源的问题，IPLFS在OpenSSD平台重新设计了中间映射表。首先，中间映射表采用LBA充足映射方式，作者称之为间隔映射，设计和Interval tree类似，树高限制为3，通过增加根节点扇出的方式增加映射节点，以此降低地址转换相关内存开销。间隔映射以分区数组的形式组织存储区域。每个分区都是一个映射段数组，每个分区对应16GB，而每个段对应16MB；间隔映射树的根节点保存一组分区节点队列，每个节点维护单个分区的数据。一个分区节点维护1024个映射表节点作为子节点，每个映射表节点维护一个段的LBA-PBA映射。
映射中间层是一块需要IM树进行映射的逻辑分区，映射中间层使用其对应逻辑分区的第一个分区的起始LBA和最后一个分区的起始LBA表示。当分区创建时，映射中间层会为IPLFS分区创建6个独立的IM树，分别对应IPLFS的6个数据段。
活跃中间层表示的是对应映射中间层中活跃的已使用分区的窗口。活跃分区类似，活跃中间层起始于对应映射中间层中第一个有效分区，结束于对应映射中间层中最后一个有效分区。当活跃中间层表中第一个分区被无效时，其起始分区被更新；当新的分区加到活跃中间层末端时，其结束分区被更新。随着FS老化，活跃中间层的地址表示窗口向高处移动，当活跃中间层终点移动到接近映射中间层终点时，中间映射表会构造新的根节点和新的映射中间层以更好容纳不断变化的活跃中间层。
评估
IPLFS实现在F2FS（Linux 5.11.0）上，中间映射表使用OpenSSD（230GB ,8通道）实现。测试环境采用PC服务器(I7-4770K)+8GB DRAM配合OpenSSD实现。
文件系统垃圾回收消除效果实验
首先测试消除文件系统层垃圾回收的前后性能表现，测试方式为：在SSD上构建30GB逻辑空间的F2FS，用4线程随机写28GB文件，每2s检测吞吐量。测试发现，当F2FS开始进行文件系统层垃圾回收时，IO性能下降到之前的以下，如下图所示。
接着作者测试了文件系统层垃圾回收和设备端垃圾回收对性能的影响权重。测试方式为：使用与OpenSSD物理容量相同的逻辑分区大小共230GB，随机写210GB的文件。结果表明，当F2FS开始垃圾回收时，吞吐量下降到接近；而IPLFS消除了文件系统层垃圾回收，但是无法消除设备侧垃圾回收，当OpenSSD开始设备层垃圾回收时，性能下降60%左右。因此作者认为，文件系统层垃圾回收对性能的影响比设备层垃圾回收更大。
最后，作者使用MySQL数据库和YCSB-A负载测试数据库操作受文件系统垃圾回收的影响情况。YCSB-A负载包括等量的读\更新操作。从下图的吞吐量、延迟变化曲线可以看出，开始测试时文件系统达到90%占用率，因此快速触发文件系统层垃圾回收。IPLFS的平均读延迟和平均更新延迟仅为F2FS的和。同时作者从实验结果发现：取消文件系统垃圾回收可以显著提升尾端延迟表现，IPLFS的95%和99%尾延迟相对F2FS分别降低5.2X和5X，并且IPLFS吞吐量保持稳定。
IPLFS的丢弃策略
之后进行的测试目的是测试激进的丢弃策略对设备层垃圾回收和应用性能的影响。作者采用Filebench的fileserver负载，创建50个线程，更新/删除2MB文件。测试发现，在全占用率下，IPLFS的写放大比F2FS更低，同时吞吐量提升24%。对结果进行分析后，作者认为更激进的丢弃策略节省了FTL在垃圾回收时的迁移数量，因此IPLFS在写放大和基准测试方面有了显著改善。通过IO trace分析，作者发现IPLFS比F2FS更频繁的提交丢弃指令，这是由于F2FS仅在无等待IO时提交丢弃指令。然而在测试中，极少有不存咋等待中IO的情况。
地址转换开销测试
首先作者进行了地址转换延迟的测试，测试方法为使用fio对10GB文件进行4线程随机写操作。测试发现，IPLFS的中间映射方式比传统的页映射延迟长88%。作者分析这是因为中间映射层在地址转换时使用的是多索引查找，而当构建新的映射条目时，中间映射层的延迟为页映射的3.3倍。
之后作者进行了端到端延迟测试，测试发现中间映射层和页映射在读写延迟上几乎相同，如下图所示，而这是因为实际访问中，Nand的访问延时和设备数据传输延时是延迟的主要部分，而FTL中的延迟影响微不足道。
总结
作者提出了一种用于无限分区的日志结构文件系统IPLFS。将文件系统分区大小从物理存储大小中分离出来，并使得逻辑文件系统的分区大小实际上无限大，这样就可以使日志结构的文件系统免于回收无效的文件系统块。为了维护超大逻辑文件系统分区的映射信息，作者开发了中间映射层，只为活跃的LBA区域维护LBA-PBA映射。通过将IPLFS和中间映射层结合在一起，作者成功减轻了日志结构文件系统回收无效块的开销。
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确认电阻柜已安装完成，并且符合安全标准。2. 打开电阻柜智能监控装置的箱体，检查内部配件是否齐全，并且确认线的颜色和编号与图纸是否一致。3. 将电阻柜智能监控装置的电源线连接到电源插座上，并确认电源是否正常。4. 将电阻柜智能监控装置的信号线连接到电阻柜的测量回路中，并确认信号传输是否正常。5. 将 保定众邦电气 2023-06-21 13:44 322浏览 亚马逊澳洲防儿童包装纽扣电池AS5808安全标准费用周期有什么要求？ 01纽扣电池安全问题：在澳大利亚，已有儿童因为误食纽扣电池而导致死亡，且每月至少有一名儿童因吞咽或插入纽扣/硬币电池而严重受伤，导致其中一些儿童永久性损伤，而全世界数以百万计的消费品中都含有纽扣电池。191-0751-6775儿童可能会通过多种方式接触到纽扣/硬币电池，包括：• 带有不安全电池仓的产品；• 纽扣/硬币电池包装不适合儿童使用；• 质量差的产品在掉落或损坏时会释放纽扣/硬币电池；• 在产品包装中散装提供备用电池；• 备用电池没有放在儿童够不着的地方；• 未正确处置废旧电池。根据亚马逊 陈丽莎 2023-06-21 10:24 284浏览 晶振输出频率偏差过大，会怎么样？ 晶振常用标称频率在1~200MHz之间。如果需要更高更稳定的输出频率，可以使用锁相环PLL将低频晶振进行倍频到1GHz以上的标称频率。锁相环PLL电路由以下几部分组成：1. 晶振输出频率偏差过大，会怎么样？振荡器是通信系统中一个极其重要的元件，能够产生高纯度无谐波失真的正弦波，作为载波。如果晶振频偏超差，锁相环PLL锁偏导致频率出错，通信就会异常。晶振失效，则会导致通信中断。除了频率误差的因素，我们可以从以下几点分析失效晶振的原因：负载电容，负性阻抗，激励电平，噪声，焊接等。2.晶振 koan-xtal 2023-06-21 14:54 371浏览 UL检测报告UL62368-1美国站音视频/信息技术类安全标准 UL62368-1音视频/信息技术类安全标准适用于电脑周边、集线器、音箱、耳机、适配器、显示器、电视和数位投影机等等众多产品。亚马逊平台销售的电子产品，要符合指定的标准，如果不合格很容易发生起火，**等危及消费者生命财产的安全，因此很多客户因为缺少UL报告，导致产品被下架，销售权被移除等问题，也少不了同行之间的恶意举报触发审核。带电的产品上架亚马逊都需要相关的UL报告/UL标准，需要有ISO 17025资质的实验室出具的测试报告才能正常销售和恢复链接。UL认证和UL测试报告的区别UL认证是自愿性 VX15135629064 2023-06-21 13:57 250浏览 百佳泰整理2023年6月各大规格更新快报 百佳泰特为您整理6月各大Logo的最新规格信息。本月有更新资讯的规格有：AdaptiveSync、USB Type-C/Power Delivery、Intel EVO (Project Athena) IAT Test、Matter。1.AdaptiveSyncVESA于5月推出了AdaptiveSync CTS 1.1Allion现在开始提供CTS 1.1认证服务2.USB Type-C/Power Delivery百佳泰于2023年6月9日获得USB-IF授权, 取得USB Power D 百佳泰测试实验室 2023-06-21 17:18 43浏览 介电常数对薄膜陶瓷基板性能的影响研究 近年来，薄膜陶瓷基板在电子器件中的应用逐渐增多。在制备和应用过程中，介电常数是一个极其重要的参数，不同介电常数的薄膜陶瓷基板在性能方面存在较大差异。本文旨在研究介电常数对薄膜陶瓷基板性能的影响，为薄膜陶瓷基板的制备和应用提供理论依据和实验数据。一、介电常数的概念和测量方法介电常数，是介电材料在单位电场下的极化程度，是一个介介电材料的电学性质的物理量。在薄膜陶瓷基板中，介电常数是一个重要的性能指标，它影响着基板的介电性能、热学性能、机械性能、 斯利通陶瓷电路板 2023-06-21 16:05 39浏览 嵌入式教程_数字信号处理教程_DSP操作教程：2-21 模数转换实验（模拟SPI总线配置DAC输出正弦波） 实验目的本节视频的目的是掌握GPIO模拟SPI总线的使用，了解AD5724的芯片特性和使用，并实现基于AD5724输出正弦波。实验原理SPISPI是串行外设接口（Serial Peripheral Interface），是一种高速、全双工、同步的通信总线，在芯片的引脚上占用三根线（一对一通信）、四根线或五根线。一般是四线。MOSI：主设备数据输出，从设备数据输入；MISO：主设备数据输入，从设备数据输出；SCLK：时钟信号，由主设备产生；CS：从设备片选信号，由主设备控制；EN：使能 创龙教仪 2023-06-21 11:00 13浏览 亚马逊防儿童包装纽扣电池办理澳洲AS5808认证测试标准需求 在澳大利亚，纽扣电池导致三名儿童死亡，44 人重伤，每月有超过一名儿童因吞食或插入电池而受重伤，这些电池在玩具、遥控器、手表、数字厨房秤和温度计等大量常见消费品中存在。一旦吞食，会对儿童造成严重伤害，供应商必须确保相关产品合规.19107516775ACCC澳大利亚消费者安全协会正在敦促纽扣电池或由纽扣电池供电产品的供应商2022年 6 月 22 日后遵守新的关于纽扣电池安全标准。*Consumer Goods (Products Containing Button/Coin Batteries 陈丽莎 2023-06-21 11:19 305浏览 《GD32 MCU原理及固件库开发指南》详细开发的快捷助手 《GD32MCU原理及固件库开发指南》是一本介绍GD32系列单片机原理和固件库开发的实用性指南。一个非常重要的点是这本书有兆易创新的高工参与编写的，对于一款单片机，绝对是原厂的工程师是最了解的。本书共计分为8章节，从兆易创新的型号发展历程开始，不断细化到其开发环境的创建，并以GD32F303为例进行其固件库的详细介绍，这里需要了解一下GD32F303 ，GD32F303 32 位 ARM Cortex-M4 内核的高性能单片机，具有丰富的外设、灵活的中断处理和低功耗等特点，适用于广泛的应用领 孤独的单行者 2023-06-24 17:30 63浏览 新能源汽车热管理产业研究报告 在电动汽车的发展过程中，热管理技术的研究占据了举足轻重的地位。电动车热管理系统由乘员舱热管理、电池热管理以及电机电控热管理系统构成，是电动车驾乘安全、续航里程与舒适性的重要保证。本报告从发展现状、发展趋势两个方面进行分析，得出的核心观点有：发展现状1、电池热管理是电动车热管理的核心，续航与安全是电动车热管理的重要关注因素；2、从单车价值量与市场规模来看，当前电动汽车热管理系统比燃油车热管理系统单车价值量提升3倍，可达6000~7000元；预计2025年新能源车热管理市场规模达825亿 可可盖世大学堂 2023-06-21 10:20 408浏览 烟雾报警器语音方案：基于NV080C语音芯片设计，节省MCU开发成本 烟雾报警器是一种常见的安全设备，它可以在发现火灾、烟雾等异常情况时及时地发出警报，提醒人们进行逃生或灭火。在传统的烟雾报警器中，大多采用单一的声音报警方式，使用不够灵活，难以满足人们的多种需求。为了满足消费者对智能化的需求，以及增强烟雾报警器的警报效果，使用语音提示的烟雾报警器已经逐渐进入了人们的视野。在语音提示的烟雾报警器中，需要使用语音芯片进行语音的播报。而NV080C是一款功能丰富的语音芯片，使用方便，应用灵活，支持多种多媒体格式文件的播放，能够帮助设计师快速实现语音提示功能，同时又能够节 jiuxin 2023-06-21 15:37 38浏览标签：
