EXT4 저널링의 저널 충돌을 해결하기 위한 의미기반 쉐도우 페이지 기법 적용

Abstract

본 논문에서 우리는 EXT4 파일시스템에서 저널 충돌 시 발생하는 파일 연산 지연 문제를 발견했다. EXT4는 쉐도우 페이지를 할당해 파일 연산 지연 문제를 부분적으로 해결했다. 하지만 이미 I/O를 제출해 DMA 전송 중이라면 파일 연산은 DMA 전송이 완료될 때까지 지연된다. 최근 개발된 전력 손실 보호 기법을 적용한 초저지연 디바이스는 플러쉬 요청의 처리시간이 ns단위로 매우 짧다. 이에 따라 저널링 시 DMA 전송이 차지하는 비율이 증가하고 파일 연산 요청 시 블록이 DMA 전송 중일 빈도가 증가한다. 이는 파일시스템 전체적인 성능에 악영향을 끼친다. Z-journal은 이를 해결하기 위하여 트랜잭션이 커밋되기 직전 트랜잭션에 포함된 모든 블록의 쉐도우 페이지를 미리 할당했다. 하지만 쉐도우 페이지를 위한 메모리 오버헤드가 추가되어 특정 워크로드에서 성능이 저하된다. 우리는 본 논문에서 의미기반 쉐도우 페이지 기법을 적용하여 메모리 오버헤드를 최소화하며 파일 연산 지연 문제를 해결했다. 의미기반 쉐도우 페이지 기법은 블록의 LBA를 기반으로 한 LRU 필터를 추가해 파일 연산 지연을 실제로 발생시킨 블록들만 쉐도우 페이지를 할당해준다. 추가적으로 파일시스템 마운트 시 블록을 미리 할당해 쉐도우 페이지 할당 시 발생하는 메모리 할당 오버헤드를 최소화하는 코어 별 저널 페이지 풀 기법을 적용했다. 위 두 기법은 EXT4에 쉽게 적용할 수 있다. 우리는 성능 측정을 위하여 40코어 서버, 두 개의 초저지연 디바이스를 기준으로 메일서버, 파일서버 등의 워크로드를 동작시켰고 기존 EXT4에 비하여 평균적으로 15%, 최대 58%만큼 성능을 증가시켰다.