طور باحثون من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا وجامعة تافتس نظام إدارة تخزين جديد يُعرف باسم “ساندوك” يهدف إلى دفع أداء أقراص الحالة الصلبة (SSD) المجمعة إلى أقصى حدودها النظرية. يعالج هذا النظام مشكلة طويلة الأمد في مراكز البيانات الكبيرة، حيث نادراً ما تتصرف الأقراص المتطابقة بشكل متطابق، مما يؤدي أحيانًا إلى بطء الأداء.
أسباب تباطؤ أقراص الحالة الصلبة متعددة، منها عمليات جمع القمامة الداخلية وكون عمليات الكتابة أبطأ من عمليات القراءة. يمكن أن تنتشر هذه التباطؤات عبر الأدوات والتطبيقات التي تشترك في نفس مجموعة التخزين، مما يؤثر على الأداء العام.
لتجاوز ذلك، يعتمد نظام “ساندوك” على آلية تحكم ذات طبقتين تتعاون بشكل متناغم لإدارة النشاط عبر جميع الأقراص في المجموعة.
نظام التحكم المزدوج لتحسين الأداء
يعمل النظام على جمع بيانات الأداء من كل قرص SSD مركزيًا، حيث يُستخدم وحدة تحكم رئيسية لمراجعة وتحديث جداول الجدولة حوالي خمس مرات في الثانية. تقوم وكلاء محليون داخل خوادم التخزين بإرسال إشارات الأداء والتحذيرات من الازدحام، مما يُمكن النظام من التفاعل مع تغيرات الأحمال بشكل فوري.
عندما يبدأ أحد الأقراص في أداء مهام الصيانة، مثل جمع القمامة، يقوم النظام تلقائيًا بتخفيض أولوية ذلك القرص وتحويل حركة البيانات إلى أقراص أكثر صحة في المجموعة، وذلك دون الحاجة إلى تدخل التطبيقات أو تغييرات على مستوى البرمجيات المستخدمة.
تقنيات متقدمة لزيادة الأداء
يعتمد النظام على تقنيات مألوفة في التخزين المؤسسي، مثل تكرار الكتل للقراءة وكتابات السجل التي يمكن أن تُكتب على أي جهاز متاح. أُجريت تجارب على النظام باستخدام قواعد البيانات، وتدريب الشبكات العصبية، وضغط الصور على نطاق واسع، وخدمات التخزين التي تتطلب زمن استجابة منخفض.
أظهرت النتائج أن النظام تمكن من تحقيق زيادة تتراوح بين 30 إلى 82 بالمئة في معدل الإدخال والإخراج الخام، مقارنة بالطرق التقليدية التي تستهدف عنق الزجاجة الوحيد. كما سجلت أداء التطبيقات تحسنًا من 12 إلى 94 بالمئة، مع تقليل الكمون بنسبة تصل إلى 88 بالمئة، ووصلت معدلات النقل إلى حوالي 1.7 ضعف الأداء السابق في بعض الحالات.
النتائج تعتمد على البرمجيات فقط
الجدير بالذكر أن جميع التحسينات جاءت من خلال البرمجيات، مما يعني أن أقراص SSD التجارية العادية يمكنها الاستفادة من هذا النظام دون الحاجة إلى تغييرات مادية. كما أن استهلاك الموارد على مستوى المعالج والذاكرة لمراقبة العديد من الأقراص كان منخفضًا جدًا.
هل يمكن تطبيق النظام في المنازل؟
على الرغم من الأرقام المشجعة، فإن هذا النظام يعتمد على تجمعات كبيرة من الأقراص، والبنى التحتية المبنية على Linux، وشبكات مؤسسية، وهي بيئات غير متوفرة عادة للمستخدمين العاديين. يُعد هذا الحل مخصصًا بشكل رئيسي لمراكز البيانات والمنشآت الكبيرة.
سيتم مناقشة نتائج البحث في مؤتمر USENIX NSDI 2026 في مايو القادم، حيث يخطط الباحثون لعرض كيف أن الجدولة المنسقة تساهم في حل مشكلة التباين في أداء أقراص SSD عبر مجموعات ضخمة من الأقراص.
للاطلاع على الورقة البحثية كاملة، يمكن زيارة الرابط التالي: “إطلاق العنان لإمكانات أقراص SSD في مراكز البيانات من خلال كبح تباين الأداء”.
المصدر: Latest from TechRadar