다중 큐 SSD 기반 I/O 가상화 프레임워크의 성능 향상 기법 (Improving Performance of I/O Virtualization Framework based on Multi-queue SSD)

서지정보

· 발행기관 : 한국정보과학회
· 수록지 정보 : 정보과학회논문지 / 43권 / 1호 / 27 ~ 33페이지
· 저자명 : 김태용, 강동현, 엄영익

초록

오늘날 가상화 기술은 가장 유용하게 사용되는 컴퓨팅 기술 중 하나이며 모든 컴퓨팅 환경에서 널리 활용되고 있다. 그러나 가상화 환경의 I/O 계층들은 호스트 머신의 I/O 동작 방식을 인지하지 못하도록 설계되어 있기 때문에 I/O 확장성 문제는 여전히 해결해야 할 문제로 남아 있다. 특히, 다중 큐 SSD가 보조 기억 장치로 사용될 경우, 증가한 잠금 경쟁과 제한된 I/O 병렬화 문제로 가상 머신은 다중 큐 SSD의 공인된 성능을 활용하지 못하는 문제가 발생한다. 이러한 성능 문제를 해결하기 위해 본 논문에서는 가상 CPU마다 전용 큐와 I/O 스레드를 할당하는 새로운 기법을 제안한다. 제안 기법은 성능 저하의 주요한 원인 중 하나인 잠금 경쟁을 효율적으로 분산시키고 또 다른 원인인 Virtio-blk-data-plane의 병렬화 문제를 해소한다. 제안 기법을 평가한 결과 최신 QEMU 보다 IOPS가 최대 155% 향상되는 것을 확인하였다.

영어초록

Virtualization has become one of the most helpful techniques in computing systems, and today it is prevalent in several computing environments including desktops, data-centers, and enterprises. However, since I/O layers are implemented to be oblivious to the I/O behaviors on virtual machines (VM), there still exists an I/O scalability issue in virtualized systems. In particular, when a multi-queue solid state drive (SSD) is used as a secondary storage, each system reveals a semantic gap that degrades the overall performance of the VM. This is due to two key problems, accelerated lock contentions and the I/O parallelism issue. In this paper, we propose a novel approach, including the design of virtual CPU (vCPU)-dedicated queues and I/O threads, which efficiently distributes the lock contentions and addresses the parallelism issue of Virtio-blk-data-plane in virtualized environments. Our approach is based on the above principle, which allocates a dedicated queue and an I/O thread for each vCPU to reduce the semantic gap. Our experimental results with various I/O traces clearly show that our design improves the I/O operations per second (IOPS) in virtualized environments by up to 155% over existing QEMU-based systems.

참고자료

· 없음