近年来，基于开放通道固态盘（Open-Channel SSD, OCSSD）的研究持续火热。相比于传统SSD，OCSSD的最大特点是利用主机的计算和内存资源实现闪存转换层（Flash Translation Layer, FTL），因此主机对I/O的地址分配和并行性有更好的控制，具有很高的优化潜力。

包括OCSSD在内的基于闪存的存储器为了实现高性能，需要尽量利用设备并行性，让I/O并行执行。然而，现有文件系统在发送I/O过程中，为了保障数据一致性，需要约束I/O持久化的顺序，因此会阻碍对设备并行性的利用，无法发挥出设备的最高性能。

信息存储及应用实验室博士生覃鸿巍在冯丹教授和童薇副教授的指导下，设计实现了一种基于闪存带外区域（Out-of-Band area, OOB）的文件系统乱序I/O技术（No-Barrier Stack, NBStack）。主机端利用OCSSD的特性，将部分闪存OOB开放给文件系统访问。文件系统利用OOB构建“数据-节点链”并允许I/O乱序持久化，以提升存储性能。为避免因I/O乱序持久化导致掉电后文件系统一致性被破坏，文件系统利用“数据-节点链”识别并丢弃未完全持久化的原子写数据，保障一致性。实验结果显示，当应用有强持久性需求时，NBStack可以将应用的每秒操作数提升1倍。当应用有弱持久性需求时，NBStack可以将应用的每秒操作数提升4倍。

该研究题为“Better Atomic Writes by Exposing the Flash Out-of-Band Area to File Systems”发表在中国计算机学会推荐的B类国际学术会议International Conference on Languages, Compilers, and Tools for Embedded Systems (LCTES 2021)。原型系统NBStack已开源https://github.com/WNLO-DSAL/NBStack。该研究工作得到了国家自然科学基金（61832007，61821003，Grant 61772222，U1705261），中央大学基础研究基金（No.2019kfyXMBZ037），国家科技重大专项（2017ZX01032-101），和之江实验室（2020AA3AB07）的共同资助。

图1 NBStack（右）与传统软件栈（左）对比

图2 数据-节点链示意图