Zoned Loop Block Device

Zoned loop block device 개요

이 GPL-2.0 문서는 zoned loop block device의 개요, 생성, 삭제, 예제를 차례로 설명합니다. Zoned loop block device driver(`zloop`)를 사용하면 zone 하나마다 regular file 하나를 backing storage로 두는 zoned block device를 만들 수 있습니다.

`zloop`는 hardware를 직접 제어하지 않습니다. Filesystem의 regular file에 read, write, truncate operation을 수행해 zoned block device를 emulate합니다. Device 전체 capacity, zone size, conventional zone 수를 구성할 수 있으며, 각 zone의 backing file 최대 크기는 zone size와 같습니다.

Conventional zone을 backing하는 file 크기는 언제나 zone size와 같습니다. Sequential zone의 file 크기는 순차적으로 기록된 data 양이며, 그 file 크기가 곧 zone write pointer 위치를 나타냅니다.

Sequential zone을 reset하면 backing file을 0으로 truncate합니다. 반대로 zone finish operation은 file을 zone size까지 truncate합니다. 이 sparse한 표현 덕분에 zloop device의 configured maximum capacity를 backing filesystem의 실제 여유 공간보다 크게 잡을 수 있지만, 실제 여유 공간을 넘겨 쓰면 write error가 발생합니다.

Driver는 완전한 zone transition state machine을 구현합니다. Zone은 empty, implicitly opened, explicitly opened, closed, full 상태를 가질 수 있습니다. 현재 구현은 open zone과 active zone의 최대 개수 제한을 지원하지 않습니다.

Zloop device를 만들거나 삭제하는 데 별도의 user tool은 필요하지 않습니다.

Zoned device 생성

`zloop` module을 load했거나 kernel에 built-in한 뒤 character device `/dev/zloop-control`에 `add` command를 직접 쓰면 zloop device를 추가할 수 있습니다. 먼저 device ID에 대응하는 base directory를 준비합니다.

	$ modprobe zloop
        $ ls -l /dev/zloop*
        crw-------. 1 root root 10, 123 Jan  6 19:18 /dev/zloop-control

        $ mkdir -p <base directory/<device ID>
        $ echo "add [options]" > /dev/zloop-control

`/dev/zloop-control`을 읽으면 지원하는 `add` option 형식과 `remove` command 형식을 확인할 수 있습니다.

	$ cat /dev/zloop-control
        add id=%d,capacity_mb=%u,zone_size_mb=%u,zone_capacity_mb=%u,conv_zones=%u,base_dir=%s,nr_queues=%u,queue_depth=%u,buffered_io
        remove id=%d

`id`를 생략하면 번호를 자동 할당합니다. `capacity_mb`는 zone size의 정수 배수가 되도록 위쪽으로 반올림됩니다. `zone_capacity_mb`는 zone size를 넘을 수 없습니다. `conv_zones`는 sector 0에서 시작하는 conventional zone 수입니다.

`base_dir` 아래에는 device ID 이름의 directory를 만들고 그 안에 zone file을 둡니다. `nr_queues`는 online CPU 수를 상한으로 하며, `queue_depth`는 queue별 최대 I/O 깊이입니다. `buffered_io`를 지정하지 않으면 direct I/O를 사용합니다.

Zoned device 제거와 복원

사용하지 않는 zoned loop block device를 제거하려면 `/dev/zloop-control`에 제거할 device ID를 지정한 `remove` command를 씁니다.

        $ echo "remove id=X" > /dev/zloop-control

`remove` command에는 다른 option이 없습니다. 제거한 device를 다시 추가하면 각 zone은 제거 직전 상태로 복원됩니다. 단, 최초 추가 때와 완전히 같은 configuration을 사용해야 합니다. Zone configuration 변경을 감지하면 error를 반환하고 device를 만들지 않습니다.

Device를 완전히 삭제하려면 `remove` operation 뒤에 zone backing file이 들어 있는 device base directory도 삭제해야 합니다.

2 GiB zoned device 예제

다음 명령은 전체 capacity 2 GiB, zone size 64 MiB, zone capacity 63 MiB인 zoned device를 만듭니다. 원문의 `add` 명령은 `zone_capacity=63MB`라고 적혀 있으며 이 표기를 그대로 보존합니다.

        $ modprobe zloop
        $ mkdir -p /var/local/zloop/0
        $ echo "add capacity_mb=2048,zone_size_mb=64,zone_capacity=63MB" > /dev/zloop-control

생성된 `/dev/zloop0`의 zone backing file은 모두 기본 base directory `/var/local/zloop/0` 아래에 생깁니다. `cnv-000000`부터 `cnv-000007`까지 conventional-zone file은 각각 67,108,864 byte(64 MiB)이고, 아직 비어 있는 `seq-000008` 이후 sequential-zone file은 크기가 0입니다.

        $ ls -l /var/local/zloop/0
        total 0
        -rw-------. 1 root root 67108864 Jan  6 22:23 cnv-000000
        -rw-------. 1 root root 67108864 Jan  6 22:23 cnv-000001
        -rw-------. 1 root root 67108864 Jan  6 22:23 cnv-000002
        -rw-------. 1 root root 67108864 Jan  6 22:23 cnv-000003
        -rw-------. 1 root root 67108864 Jan  6 22:23 cnv-000004
        -rw-------. 1 root root 67108864 Jan  6 22:23 cnv-000005
        -rw-------. 1 root root 67108864 Jan  6 22:23 cnv-000006
        -rw-------. 1 root root 67108864 Jan  6 22:23 cnv-000007
        -rw-------. 1 root root        0 Jan  6 22:23 seq-000008
        -rw-------. 1 root root        0 Jan  6 22:23 seq-000009
        ...

이 device는 일반 zoned block device처럼 사용할 수 있습니다. `lsblk -z`는 host-managed device, zone 32개, active/open 최대값 0, append granularity 1 MiB, write granularity 4 KiB를 보여 줍니다. `blkzone report`에서 앞 8개 zone은 `CONVENTIONAL`이고, 다음 zone은 capacity가 `0x01f800`인 `SEQ_WRITE_REQUIRED` empty zone입니다.

        $ lsblk -z
        NAME   ZONED        ZONE-SZ ZONE-NR ZONE-AMAX ZONE-OMAX ZONE-APP ZONE-WGRAN
        zloop0 host-managed     64M      32         0         0       1M         4K
        $ blkzone report /dev/zloop0
          start: 0x000000000, len 0x020000, cap 0x020000, wptr 0x000000 reset:0 non-seq:0, zcond: 0(nw) [type: 1(CONVENTIONAL)]
          start: 0x000020000, len 0x020000, cap 0x020000, wptr 0x000000 reset:0 non-seq:0, zcond: 0(nw) [type: 1(CONVENTIONAL)]
          start: 0x000040000, len 0x020000, cap 0x020000, wptr 0x000000 reset:0 non-seq:0, zcond: 0(nw) [type: 1(CONVENTIONAL)]
          start: 0x000060000, len 0x020000, cap 0x020000, wptr 0x000000 reset:0 non-seq:0, zcond: 0(nw) [type: 1(CONVENTIONAL)]
          start: 0x000080000, len 0x020000, cap 0x020000, wptr 0x000000 reset:0 non-seq:0, zcond: 0(nw) [type: 1(CONVENTIONAL)]
          start: 0x0000a0000, len 0x020000, cap 0x020000, wptr 0x000000 reset:0 non-seq:0, zcond: 0(nw) [type: 1(CONVENTIONAL)]
          start: 0x0000c0000, len 0x020000, cap 0x020000, wptr 0x000000 reset:0 non-seq:0, zcond: 0(nw) [type: 1(CONVENTIONAL)]
          start: 0x0000e0000, len 0x020000, cap 0x020000, wptr 0x000000 reset:0 non-seq:0, zcond: 0(nw) [type: 1(CONVENTIONAL)]
          start: 0x000100000, len 0x020000, cap 0x01f800, wptr 0x000000 reset:0 non-seq:0, zcond: 1(em) [type: 2(SEQ_WRITE_REQUIRED)]
          start: 0x000120000, len 0x020000, cap 0x01f800, wptr 0x000000 reset:0 non-seq:0, zcond: 1(em) [type: 2(SEQ_WRITE_REQUIRED)]
          ...

Device를 제거할 때는 ID 0으로 `remove` command를 보냅니다.

        $ echo "remove id=0" > /dev/zloop-control

제거한 device는 처음과 같은 `add` command로 다시 추가할 수 있습니다. 완전히 삭제하려면 `remove` 뒤 backing file directory도 삭제합니다.

        $ rm -r /var/local/zloop/0