作者丨Liam Proven

譯者 | 布加迪

審校丨Noe

　　英特爾近日砍掉了Optane持久內(nèi)存產(chǎn)品線，這對整個行業(yè)來說無異于一場災(zāi)難。

　　上世紀(jì)60年代末70年代初的一些想法放在當(dāng)前依舊具有很普遍的影響力，幾乎無人不知，但緊隨其后的好想法基本上已被遺忘。

　　Optane是一種激進的革命性技術(shù)，但基于傳統(tǒng)觀點和技術(shù)債務(wù)，業(yè)內(nèi)很少有人意識到Optane到底有多么激進。

　　回到這個問題的核心，不妨冷靜地問一下：計算機文件的主要功能是什么？

　　首批計算機并沒有文件系統(tǒng)。上世紀(jì)四五十年代的巨型計算機由成千上萬的熱陰極電子管組成，內(nèi)存只能存儲幾個字。起初，人們手動將程序?qū)嶋H連入到計算機來完成程序錄入：只有數(shù)據(jù)在內(nèi)存中。程序運行，輸出一些結(jié)果。

　　隨著存儲容量不斷增加，我們迎來了馮·諾依曼架構(gòu)，其中計算機程序與數(shù)據(jù)一起存儲在同一內(nèi)存中。在一些早期的機器中，內(nèi)存是磁性存儲：旋轉(zhuǎn)磁鼓。

　　為了將程序放入到內(nèi)存，從紙上讀取程序：打孔卡或紙帶。當(dāng)計算機內(nèi)存容量大到足以同時存儲幾個程序時，操作系統(tǒng)出現(xiàn)了：這是管理其他程序的程序。

　　不過仍沒有文件系統(tǒng)。有RAM，也有I/O：打印機、終端和讀卡器等，但內(nèi)存就是計算機可以直接訪問的全部存儲。在上世紀(jì)60年代，內(nèi)存常常意味著磁芯存儲器，它有一個現(xiàn)在有時被遺忘的巨大優(yōu)勢：計算機關(guān)掉后，磁芯存儲器中的任何內(nèi)容都保留在那里。重新打開計算機，上一個程序依然存在。

　　大概在這個時候，首批硬盤驅(qū)動器開始面市：價格貴，速度較慢，但與工作內(nèi)存相比卻容量巨大。早期的操作系統(tǒng)被賦予了另一項工作：管理這龐大的輔助存儲器。索引內(nèi)容，找到需要的那些部分，并將它們加載到工作內(nèi)存中。

存儲的兩個級別

       一旦操作系統(tǒng)開始管理磁盤驅(qū)動器，就有了主存儲和輔助存儲之分。兩者都可以被計算機直接訪問，不是像紙帶卷軸或打孔卡片那樣由操作人員加載卸載。主存儲直接出現(xiàn)在處理器的內(nèi)存映射（memory map）中，每個字都是直接可讀或可寫的。

　　輔助存儲是容量更大、速度慢得多的存儲池，處理器無法直接看到，只能通過請求或發(fā)送整塊到另一個設(shè)備（磁盤控制器）來訪問，該設(shè)備從龐大存儲池獲取指定塊的內(nèi)容，或?qū)⑺鼈兎湃氲皆摯鎯Τ刂小?/p>

       這種分化一直延續(xù)到了七八十年代的8位微型計算機。筆者還記得將ZX Microdrive連接到48K ZX Spectrum。Spectrum一下子有了輔助存儲。Spectrum的Z80 CPU有64kB 的內(nèi)存映射，其中四分之一是ROM。盡管每個Microdrive磁帶只有100kB左右，但存儲量相當(dāng)于系統(tǒng)整個可用內(nèi)存的兩倍左右。所以必須有一定的間接性：無法將整個磁帶的內(nèi)容都加載到內(nèi)存中。

　　內(nèi)存裝不下。所以磁帶有索引，還有包含BASIC代碼、機器代碼、屏幕圖像或數(shù)據(jù)文件的命名塊。

　　自從微型計算機問世以來，我們?nèi)詫⒅鞔鎯ΨQ為“RAM”，仍將輔助存儲稱為“磁盤”或“驅(qū)動器”，盡管在許多現(xiàn)代最終用戶計算機中，它們都只是不同類型的電子設(shè)備，沒有移動部件或單獨的介質(zhì)。

　　可以將操作系統(tǒng)從“磁盤”加載到RAM來啟動計算機。然后，想使用某個程序時，操作系統(tǒng)將其從“磁盤”加載到RAM中，然后該程序可能會將部分數(shù)據(jù)從磁盤加載到RAM中。即使它是一臺Chromebook，沒有任何其他本地應(yīng)用程序，單個應(yīng)用程序也會通過互聯(lián)網(wǎng)從另一臺計算機加載數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)從磁盤加載到RAM中，最后發(fā)送到筆記本電腦。

      自從UNIX于1969年首次編寫以來，“一切都是文件”已成為一句口號。類似Unix的操作系統(tǒng)將文件系統(tǒng)用于管理各種非文件操作：對機器的訪問由文件上的元數(shù)據(jù)控制，訪問I/O設(shè)備就像訪問文件一樣，可以通過將聲音“復(fù)制”到音頻設(shè)備來播放聲音，等等。自1984年的UNIX V8問世以來，甚至還有一個名為/proc的假文件系統(tǒng)，它可以生成用戶和程序可以讀取、在某些情況下可以寫入的偽裝文件，顯示有關(guān)運行中系統(tǒng)的內(nèi)存和進程的信息。

　　文件是某種強大的手段，在1969年證明有廣泛的用途是不可想象的，當(dāng)時Unix是在一臺最多只能存儲64000個字、沒有聲音、圖形或網(wǎng)絡(luò)的小型計算機上編寫的。如今文件卻無處不在。

　　但是文件和文件系統(tǒng)只是一副拐杖。

　　之所以發(fā)明“計算機文件”這一概念，是由于主存儲太小，輔助存儲太貴、太大、太慢。要將數(shù)百萬字的存儲器連接到60年代的大型機，唯一的方法是使用文件柜大小的磁盤驅(qū)動器，不然存儲量太大，無法裝入到計算機的內(nèi)存映射中。

　　因此，大型機公司改而設(shè)計了磁盤控制器，并將一種數(shù)據(jù)庫做入到操作系統(tǒng)中。不妨設(shè)想一下，工資單程序能只有幾千字大小，可以為數(shù)萬名員工處理文件，通過小塊執(zhí)行：從人事文件中讀取一行，從薪資文件中讀取一行，計算結(jié)果，并將一行寫入到薪資文件，然后重復(fù)。操作系統(tǒng)檢查索引，并將其轉(zhuǎn)換成發(fā)給磁盤控制器的指令：“在這里，從磁道4、磁頭7、扇區(qū)65獲取塊47磁道52、磁頭12、扇區(qū)34和塊57……現(xiàn)在，將74.32寫入此塊……”。

　　SSD出現(xiàn)在90年代，到本世紀(jì)頭十年，它們變得成本合理。SSD用電子存儲代替磁性存儲，但仍然是輔助存儲。SSD假裝是磁盤驅(qū)動器：計算機與磁盤控制器通信，并發(fā)送和接收扇區(qū)，驅(qū)動器轉(zhuǎn)換它們，以模擬寫512字節(jié)扇區(qū)的硬盤式功能。

　　問題是，閃存必須以這種方式來訪問。直接映射到計算機的內(nèi)存太慢了，不可能逐字節(jié)重寫閃存。為了修改閃存塊中的一個字節(jié)，必須將整個塊的其余內(nèi)容復(fù)制到其他地方，然后擦除整個塊。計算機的內(nèi)存控制器不是這樣工作的。

未來在這里，但現(xiàn)在它消失了

　　有了Optane，就有可能消除這種情況。像磁芯存儲一樣，它是工作內(nèi)存：主存儲。Optane設(shè)備與磁盤驅(qū)動器一樣大且便宜。它的容量達到數(shù)百GB，與普通SSD的容量相仿，但它可以直接裝到主板的DIMM插槽中。每個字節(jié)都出現(xiàn)在處理器的內(nèi)存映射中，每個字節(jié)都可以直接重寫。無需像閃存那樣在塊周圍移動以擦除它們。它還支持數(shù)百萬個寫入周期，而不是數(shù)萬個。

　　數(shù)百GB甚至TB級的動態(tài)非易失性存儲比閃存快數(shù)千倍，可靠數(shù)千倍。不是磁盤控制器另一端的輔助存儲，而是就在內(nèi)存映射中。

　　不，不是無限可重寫的。因此你的計算機也需要一些RAM來保存變量和快速變化的數(shù)據(jù)。但是不是每次你想使用程序就從“磁盤”將程序“加載”到“RAM”，一個程序加載一次，然后它永遠駐留在內(nèi)存器中，無論有沒有停電，無論你是否將計算機關(guān)掉一周去度假。重新打開它，你的所有應(yīng)用程序仍然在內(nèi)存中。

　　無需安裝操作系統(tǒng)，無需啟動，無需更多的應(yīng)用程序。操作系統(tǒng)始終在內(nèi)存中，你的應(yīng)用程序也是如此。如果你的計算機有1TB或2TB的非易失性內(nèi)存，你還需要SSD做什么？完全都是內(nèi)存。一小部分快速、幾乎可以無限重寫，但其內(nèi)容在斷電后會消失。剩下的95%永遠保存著內(nèi)容。

　　當(dāng)然，如果系統(tǒng)是服務(wù)器，可能會有一些旋轉(zhuǎn)磁盤，這樣可以管理PB級的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)中心需要它，但很少有PC需要它。

　　Linux當(dāng)然支持這個。但是Linux終究是Linux，一切都必須是文件，因此它通過對文件進行分區(qū)并使用文件系統(tǒng)對其進行格式化來支持它。使用主存儲用軟件模擬輔助存儲。

　　目前主流操作系統(tǒng)都沒有理解計算機只有主存儲，根本沒有輔助存儲的概念，而是分為小容量的易失性部分和大容量的非易失性部分。甚至很難向熟悉當(dāng)前計算機工作原理的人來描述，我試過。

　　如果沒有目錄，如何找到要運行的程序？如果沒有地方好保存，如何保存內(nèi)容？當(dāng)因為沒有文件而無法將一個文件#include加入到另一個文件時，你如何編譯代碼？生成的二進制文件又放在哪里？

　　關(guān)于如何做到這一點有一些想法。比如Twizzler，這個研究項目研究如何使它看起來足夠像Unix系統(tǒng)，以便現(xiàn)有軟件使用它。惠普的一位實驗室研究員發(fā)明憶阻器后，惠普難捺興奮，提出了一些宏偉計劃……但把新技術(shù)推向大眾市場要花很長時間，最終惠普還是放棄了。

　　但英特爾把它做成功了，將其投放市場……但沒有足夠多的人感興趣，現(xiàn)在它也心灰意冷了。

　　未來就在這里，但是從六十年代小型計算機操作系統(tǒng)設(shè)計來看，如果一切都是文件，這個Optane只是一種非?？焖俚拇疟P驅(qū)動器，是不是？

　　并非如此。它是自小型機以來向前邁出的最重大步驟。但是我們把它搞砸了。

　　再見，Optane。我們還沒來得及熟悉你。

　　原文鏈接：

　　https://www.theregister.com/2022/08/01/optane_intel_cancellation/