上海交通大学陈海波团队结合硬件事务内存发明了一种“零开销”的一致性保证机制，并以此为基础开发了一个强一致性非易失性内存文件系统。相关论文以“HTMFS: Strong Consistency Comes for Free with Hardware Transactional Memory in Persistent Memory File Systems.”为题发表于FAST 2022（第20届 USENIX 文件与存储技术会议）。

文件系统是许多存储服务的关键基石，如键值存储和数据库以及持久存储数据的应用程序。文件系统的设计通常会在高性能和一致性之间进行权衡，早期的文件系统为了充分发挥性能，其一致性保证通常较弱，在崩溃或电力不足的情况下，文件系统用户必须调用并等待冗长的文件系统一致性检查程序，以检测一致性问题并尝试恢复。如今，随着存储设备的加速和它们在应用中的广泛使用，性能并不是应用所需要的唯一特征。为了提供可靠的服务，应用程序也需要较强的一致性。

同时，现代存储设备的特性也发生了很大的变化。最新的非易失性内存可以使用CPU加载/存储指令直接访问，其性能接近于传统内存。许多非易失性内存文件系统被提出来利用其优良特性，并提供了强大的一致性保证。但现有的非易失性内存文件系统仍然需要复杂而昂贵的机制来保证一致性，例如日志技术和影子页技术，这些技术都有着写放大问题，从而牺牲了一定的性能。

本工作结合硬件事务内存技术提出了一种轻量级的软硬件合作机制（HOP），采用为 文件系统优化的乐观并发控制机制在持久内存文件系统中同时实现高性能和强一致性。我们使用 HOP 实现了一个具有强一致性的用户态持久内存文件系统 HTMFS。

多种测试评估表明，HTMFS的性能不弱于最先进的非易失性内存文件系统，在提供强一致性的同时实现了与弱一致性文件系统相似的性能。同时通过精心设计的细粒度并发控制，HTMFS在竞争激烈的情况下提供了比弱一致性文件系统更好的性能。同时该方法也为硬件事务内存在非易失性内存上的相关研究提供了新的启发。

该工作得到了国家自然科学基金项目（61925206）、上海市“科技创新行动计划”（19511121100）和华为公司的支持。

原文链接：https://www.usenix.org/conference/fast22/presentation/yi-htmfs