1.总体思想

出发点是：ZNS SSD的GC粒度为Zone ，而Zone size 一般很大，GB 量级的，GC overhead 很大，会引起很长的latency，于是这篇paper设计一种新的GC 方案-LSM_ZGC（Log-Structured Merge style Zone Garbage Collection），来优化GC 效率：
（1）Zone：GC 的管理粒度（1GB），Segment：冷热分离的粒度（2MB）
（2）GC 读一块连续的有效和无效的数据
（3）将不同冷热度的segment 搬到不同冷热的zone中
实验结果显示：这种方案能提升1.9倍性能

2.分析

现在SSD圈出现各种类别的SSD

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ZNS SSD是近期比较热门的已经加入NVME 标准中，ZNS SSD相比传统SSD，好处是：
（1）通过分离不同workload 到不同zone，来获得更好的性能和WAF；
（2）更好的IO隔离性
（3）更低的成本- 减少甚至是移除SSD 内部的FTL table减少DRAM使用和OP空间

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ZNS SSD 特征：
Zone顺序写限制
Zone的管理权（open，read，write，GC，reset）完全交由Host

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LSM-GC 方案的动机
发现1-ZNS SSD Zone GC overhead大
Zone size：1GB=512 倍 segment size，（LFS/F2FS segment size：2MB）

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结果显示：GC候选zone 的有效利用率大于0.4是GC 时间会大于20S.
由此得出启发1：必须降低候选zone 的利用率

发现2-读写的IO SIZE 对性能的影响
测试结果显示IO size阅读，访问越快。
其根本在于充分利用了SSD 内部的并发（Ch level/die levle/Multi-plane level，

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由此得出结论2：以越大的IO size 访问SSD是越有益的。

3.LSM- Zone GC Design

3.1 ZNS SSD 一般的GC方案：Basic-GC 步骤：

step1:基于某种策略（Greedy/cost- benefit）选择GC source zone；

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step2:根据zone bitmap找出source zone 中有效的block；

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step3:以4KB（或更大）的IO size读出有效的block

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step4:以4KB（或更大）的IO size写到target的 zone

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step5:reset GC source zone

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从2分析的两个结论出发：
（1）必须降低候选zone 的利用率
（2）以越大的IO size 访问
问题1：如何使GC source zone 利用率低
利用率很高的原因：传统的冷热分离方案不适用于ZNS SSD
改变冷热分离方案：采用segment 来进行细粒度的冷热分离
问题2：如何以更大的IO size访问数据
无法以大IO size访问数据原因：现有GC 方案在有效和无效数据共存情况下无法以大IO size访问数据
改变现有访问数据的方式：以更大IO size访问数据同时读有效和无效的数据

3.2 LSM- ZGC design

两个管理单元
Zone：GC 单位 🆚 Segment：冷热分离单位
Zone拆分成多个segments（1GB 🆚 2MB）
2.segment 状态和状态跳转规则
（1）新数据--> C0
（2）从C0中ZGC搬出来的有效数据
zone 内冷segment的数据（>Threshold_cold) :cold -->C1C_ZONE
zone 其他zone 的数据:hot -->C1H_ZONE
(基于spatial locality，于F2FS (FAST’15),
Multi-stream (FAST’19), Key-range locality (FAST’20)的study）
(3) C1C/C2H DATA -->C2_ZONE

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LSM- ZGC例子：
step1:挑选候选zone

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step2:以128KB IO size读出所有数据
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step3：check 有效数据，识别冷热segment
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step4:根据冷热特征，merge对应的数据到一起
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step5:以128KB 的IO size 写数据
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