Μελέτη Επίδοσης και Ευέλικτες Πολιτικές Τοποθέτησης Δεδομένων σε NUMA Αρχιτεκτονικές μη Πτητικών Μνημών

Abstract

Η εμπορική διαθεσιμότητα των μη πτητικών μνημών (Persistent Memory ή PMem) έφερε στην αγορά των σύγχρονων υπολογιστικών συστημάτων συσκευές οι οποίες συνδυάζουν μεγάλη χωρητικότητα, συγκράτηση δεδομένων σε συνθήκες έλλειψης τροφοδοσίας, και επιδόσεις μόνο μια τάξη μεγέθους μακριά από την τεχνολογία DRAM. Τα συγκεκριμένα χαρακτηριστικά επιτρέπουν την αξιοποίηση τους τόσο ως μνήμη όσο και ως μέσο αποθήκευσης, και προορίζονται για χρήση κυρίως σε συστήματα αρχιτεκτονικής NUMA. Όμως, το κόστος απομακρυσμένης προσπέλασης σε μια NUMA διάταξη μη πτητικών μνημών είναι πολύ μεγαλύτερο σε σύγκριση με μια ανομοιόμορφη DRAM προσπέλαση, και παρουσιάζει μοναδικές ιδιορρυθμίες, ειδικά για προσπελάσεις εγγραφών.

Στη διπλωματική αυτή μελετάμε τις προαναφερθείσες διατάξεις, όπου η μη πτητική μνήμη χρησιμοποιείται ως μέσο αποθήκευσης άμεσης προσπέλασης (Direct Access – DAX). Εξετάζουμε το ρόλο του συστήματος αρχείων ext4 στην τοποθέτηση δεδομένων στους διάφορους NUMA κόμβους, και διαπιστώνουμε ότι η έλλειψη επίγνωσης του για την υποκείμενη NUMA τοπολογία των συσκευών είναι σε θέση να επιβαρύνει σημαντικά την επίδοση τους. Έτσι, επεκτείνουμε τους αλγόριθμους που διαθέτει για δέσμευση block (μετα)δεδομένων ώστε να έχουν χαρακτηριστικά "NUMA awareness" και να γίνονται οι δεσμεύσεις όσο το δυνατό στις τοπικές μη πτητικές συσκευές του κόμβου κάθε νήματος. Η επέκταση αυτή προσφέρει πάνω από δύο φορές βελτίωση επίδοσης για εφαρμογές μεγάλης έντασης Ι/Ο.

Τέλος, επεκτείνουμε την λογική συλλογής στατιστικών δεδομένων ανά διεργασία για τις προσβάσεις στο storage layer ώστε να υποστηρίζουν την ανά κόμβο καταγραφή τους σε λειτουργία DAX. Βάσει των στατιστικών αυτών, σκιαγραφούμε την ανάπτυξη μιας userspace βιβλιοθήκης που θα τοποθετεί δυναμικά τα νήματα μιας εφαρμογής στους κατάλληλους κόμβους, για την βελτιστοποίηση της αξιοποίησης του συνολικού bandwidth των συσκευών.