Almacenamiento de clave valor mejorado para discos duros SMR

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Investigadores chinos han desarrollado un nuevo sistema de almacenamiento de clave valor para discos duros de Grabación Magnética Escalonada (SMR) administrados por host. Su enfoque se basa en eliminar la sobrecarga de la recolección de elementos no utilizados, mejorando el rendimiento y el aprovechamiento de espacio en la unidad.

Una de las tecnologías de almacenamiento pensadas para suportar el crecimiento masivo de datos es la Grabación Magnética Escalonada (Shingled Magnetic Recording), que permite ampliar la densidad de área de los discos duros solapando parcialmente las pistas para maximizar el aprovechamiento de los discos rígidos. La tecnología SMR ya se está utilizando en diversas aplicaciones, como el almacenamiento de clave valor (KV) basado en árboles combinados con una estructura de registro (árboles LSM).

En este caso de uso los discos SMR administrados por host (HM-SMR) ofrecen mejoras con respecto a otros HDD por su mayor capacidad, su rendimiento predecible y su mejor relación coste-capacidad. Pero la creación de un almacén de clave valor basado en un árbol LSM en este tipo de discos duros presenta problemas para mantener el rendimiento y hacer un uso eficiente del espacio, debido a una sobrecarga de los procesos de recolección de elementos no utilizados (GC), que se muestran redundantes para aplicaciones y dispositivos de almacenamiento.

Para solucionarlos un equipo de investigadores de la Universidad de Ciencia y Tencología de Huazhong y de la firma Huawei han desarrollado un sistema de almacenamiento KV sin GC, diseñado específicamente para discos duros HM-SMR. Su trabajo ha sido publicado en la revista especializada ACM Transactions on Storage, donde sus creadores explican que han logrado eliminar la sobrecarga de GC y mejorar la compactación de datos en este tipo de discos.

Su sistema, que han denominado GearDB, está basado en un diseño SSTable y un mecanismo de lectura anticipada, que han probado implementándolo con LevelDB, utilizando ZoneFS para acceder a una unidad HM-SMR real. Tras muchos experimentos, han demostrado que GearDB logra incrementar el rendimiento de la unidad en un promedio de 1,7 veces, y la eficiencia en el uso del espacio en 1,5 veces con respecto a LevelDB en RW aleatorio. Esto resulta en una eficiencia de espacio de hasta el 86,9%, superior a la que se logra con las técnicas utilizadas actualmente.

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