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Mejorando los protocolos de transacción en SSD mediante una caché no volátil

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SSD

Investigadores chinos proponen un nuevo método para acelerar los protocolos de transacciones en los discos SSD, que podría minimizar la saturación que se produce en estos procesos. Para ello, proponen una arquitectura que integra una memoria caché no volátil donde se cargarían los metadatos que suelen guardarse en la memoria principal, lo que aumenta la velocidad de las transacciones y reduce el tiempo re recuperación.

Una de las ventajas de los SSD frente a los sistemas de almacenamiento magnético tradicionales es que admiten protocolos de transacción integrados dentro de la propia unidad, lo que mejora el rendimiento efectivo de los intercambios de información. Aunque con los enfoques actuales, en los que los protocolos y la información que manejan se almacenan en la memoria principal, el coste de estas transacciones todavía es elevado y también se incrementan los tiempos de recuperación.

Ahora, un equipo de científicos e ingenieros de las universidades chinas de Hunan y Tsinghua, ha publicado un trabajo en el que proponen una solución a este problema, que se basa en instalar una memoria no volátil (NVM) como caché, específicamente para el trabajo con los protocolos de transferencia. Su propuesta, que han denominado “Transacción de caché no volátil (NVCTX)”, elimina la necesidad de usar constantemente los chips de la memoria principal para las tareas relacionadas con estos protocolos, incrementando el rendimiento general de estos discos.

Según explican en su artículo, “NVCTX reduce la sobrecarga de transacciones y proporciona una recuperación más rápida, aprovechando la caché de disco basada en NVM de poca capacidad”. Y esto se logra desde dos puntos de vista a la vez. Por un lado, se almacenan los metadatos transaccionales en la memoria NVM en vez de la memoria flash principal. Estos datos no ocupan mucho espacio, pero se necesita acceder a ellos con frecuencia, lo que genera retrasos si se encuentran en la memoria principal. Y, en segundo lugar, proponen el uso de dos técnicas cuya finalidad es mejorar el rendimiento cuando la capacidad de la memoria caché NVM se ve limitada por un trabajo intensivo.

En las pruebas que han realizado estos investigadores, han implementado NVCTX en una placa de hardware, modificando el sistema de archivos ext4 y el controlador NVMe para que sean compatibles con su sistema. Y han realizado pruebas implementando otros cuatro protocolos en el firmware, con el fin de poder comparar los resultados. Realizaron test de DBMS (Sistema de Gestión de Bases de Datos) y cargas de trabajo de sistemas de archivos y, en comparación con los otros protocolos, NVCTX logró mejorar el rendimiento de las transacciones en hasta un 136,5%, 9,4%, 131,6% y 29,9%. Esto supuso reducir el tráfico de escritura en la memoria flash en hasta un 42,8%, 4,1%, 62,4% y 31,2%, mientras que redujo el tiempo de recuperación a 1/2574, 1/2559, 1/95 y ½, respectivamente.

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