RAIL技术：NVMe闪存的低尾延迟与可预测性能提升

“RAIL：NVMe闪存的可预测、低尾部延迟 - ACMTransaction on Storage，Vol.181，No.5，2022年1月 - 加州大学伯克利分校，三星，ETH苏黎世，斯坦福大学 - 作者：Heiner Litz，Javier Gonzalez，Ana Klimovic，Christine Kozyrakis” NVMe(Non-Volatile Memory express)闪存是一种高速、低延迟的存储技术，广泛应用于数据中心，尤其是在追求高性能和低延迟的场景中。然而，尽管NVMe提供了显著的性能提升，但在存在写操作时，读取延迟的可预测性和尾部延迟问题仍然存在。这主要由于SSD（固态硬盘）在写入后需要进行内部处理，例如刷新缓存和更新映射表，从而导致后续读取操作被延迟。 论文“RAIL：可预测的低尾延迟NVMe闪存”针对这一问题提出了两种创新技术：独立LUN冗余阵列（RAIL）和延迟感知的冷热分离（HC）。RAIL技术通过充分利用现代闪存设备的内部并行性，将数据和奇偶校验页面分开处理，避免了写操作后的读序列化，从而减少读取延迟。而HC技术则通过优化写入策略，区分热数据和冷数据，提高写入吞吐量的同时保持低尾延迟。 RAIL已经在Linux内核中的LightNVM Flash转换层实现，实验结果显示，它可以将读取尾延迟降低多达7倍，同时只降低了33%的相对带宽。这表明RAIL能够显著改善数据中心应用的性能可预测性，特别是在那些需要低读取延迟和高一致性服务级别协议（SLAs）的场景中。 该研究工作得到了三星公司和美国国家科学基金会（NSF）的资金支持，其贡献在于提供了解决NVMe闪存延迟问题的新方法，对于提升基于闪存的存储系统的性能和稳定性具有重要意义。通过RAIL和HC这样的技术，未来数据中心可以更好地应对高扇出和对延迟敏感的应用，例如实时分析、云服务和大规模分布式系统。