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NUMA의 특성을 고려한 원격 퍼시스턴트 메모리 디스어그리게이션
남재윤(Jaeyoun Nam),차호근(Hokeun Cha),이병건(ByeongKeon Lee),남범석(Beomseok Nam) 한국정보과학회 2021 정보과학회논문지 Vol.48 No.7
데이터 센터 등 대규모 시스템에서 효율적인 리소스 관리를 위해 자원이 중심이 되는 디스어그리게이션 방법이 사용되고 있고 각 서버는 다수의 소켓을 가지는 NUMA 구조로 구성된다. NUMA 구조에서는 메모리의 원격 접근과 로컬 접근의 지연시간의 차이가 크고 이는 퍼시스턴트 메모리에서 더 크게 나타난다. 본 연구에서는 퍼시스턴트 메모리 디스어그리게이션 시스템에서 NUMA 구조의 로컬성을 고려하여 원격 NUMA 노드 메모리에 접근하는 수를 줄이는 메모리 디스어그리게이션 프레임워크 Xpass를 설계한다. Xpass는 캐싱한 페이지를 관리하기 위해 동적 해시 테이블 CCEH를 사용하며, NUMA 환경에서 NUMA 노드 간 로드 밸런싱을 고려하는 세그먼트 스플릿 알고리즘을 제안한다. The disaggregation method is used for efficient resource management in large-scale data centers, where each server consists of NUMA nodes. In the NUMA architecture, the latency difference between the remote and local access is known to be significant. In particular, remote NUMA access to persistent memory is even higher than DRAM. In this study, we propose Xpass, a memory disaggregation framework that considers the locality of NUMA architecture in a persistent memory disaggregation system. Xpass uses the dynamic hash table - CCEH to manage cached pages, and proposes a segment split algorithm that considers load balancing between the NUMA nodes in a NUMA environment.
Opt Tree: Optane DCPM 내부 버퍼를 활용한 쓰기 최적화 트리
유종현(Jonghyeon Yoo),남범석(Beomseok Nam) 한국정보과학회 2021 정보과학회논문지 Vol.48 No.7
최근 상용화된 비휘발성 메모리인 Intel사의 Optane DC Persistent Memory는 캐시 라인 단위 또는 워드 단위의 메모리 접근 명령을 256바이트 단위로 처리하는 내부 버퍼가 존재한다. 본 논문에서는 Optane DCPM의 내부 버퍼를 활용하는 인덱스인 Opt Tree를 제안한다. Opt Tree는 트리의 노드를 256 바이트 단위의 여러 작은 블록으로 나누어 노드 내의 데이터들을 분할 저장하며, 노드 접근 시에는 2개의 블록만을 접근하는 삽입 및 탐색 알고리즘을 가진다. Opt Tree는 Optane DCPM의 내부 버퍼에 친화적인 디자인과 알고리즘을 바탕으로 기존의 비휘발성 메모리를 위한 인덱스들보다 더 나은 삽입 성능을 보여준다. Intel’s Optane DC Persistent Memory, a recently commercialized non-volatile byte-addressable memory, has an internal buffer of 256 bytes called XPLine, which processes memory access commands in units of cache lines or words. In this paper, we propose Opt Tree, a novel byte-addressable persistent index that utilizes the internal buffer of the Optane DCPM. Opt Tree divides the tree node into several small blocks of 256 bytes. For insertions and searches, Opt Tree accesses only two blocks. In our performance study, Opt Tree shows better insertion performance than the existing persistent indexes through its internal buffer-friendly design.
PSL-DB: 비휘발성 메모리 환경에서 스킵리스트를 이용한 LSM-Tree 최적화
박찬열(Chanyeol Park),김동의(Dongui Kim),남범석(Beomseok Nam) 한국정보과학회 2020 정보과학회논문지 Vol.47 No.7
Intel의 Optane DC Persistent Memory가 출시되면서 DRAM보다 높은 용량을 제공하며, SSD와 HDD보다 높은 성능을 보여주는 비휘발성 메모리가 차세대 스토리지로 각광받고 있다. 본 논문에서는 스킵리스트를 사용하여 비휘발성 메모리가 스토리지로 사용되는 환경에 최적화한 Key-Value 데이터베이스인 Persistent SkipList DataBase (PSL-DB)를 제안한다. PSL-DB는 비휘발성 메모리의 바이트 단위 접근이 가능한 점을 이용하여 기존 LevelDB의 블록 단위 접근을 위한 SSTable 구조 대신, 바이트 단위 쓰기가 가능한 스킵리스트를 활용한다. 그 결과 PSL-DB는 같은 데이터를 중복해서 여러 번 쓰는 쓰기 증폭 문제를 발생시키지 않으며, 읽기 성능을 위해 쓰기 성능을 고의로 제한하지 않아 성능을 크게 향상시킬 수 있다. Intel Optane DC Persistent Memory를 활용한 실험에서 PSL-DB는 같은 Optane DC PM을 사용하는 기존 LevelDB보다 읽기와 쓰기 명령모두 높은 초당 연산량을 보여주었다. With the release of Intel"s Optane DC Persistent Memory, non-volatile memory, offering higher capacity than DRAM and showing higher performance than SSD and HDD, is in the spotlight as the next generation of storage devices. In this paper, we propose the Persistent Skip List DataBase (PSL-DB), a key-value store system optimized for the Optane DCPM in app-direct mode. PSL-DB uses a byte-addressable skip list that significantly reduces the I/O traffic as it avoids redundant writes. PSL-DB also does not sacrifice write performance for read performance as it does not degrade the write performance via artificial governors. In our experiments using Intel Optane DC Persistent Memory, PSL-DB shows significantly higher query processing throughput than legacy LevelDB that stores SSTables in Optane DC PM.
LFA-SkipList: NUMA-Aware한 시스템에서 원격 노드 접근 Latency를 줄이기 위한 SkipList 최적화
안성환(Sunghwan Ahn),장유진(Yujin Jang),하승준(Seungjun Ha),남범석(Beomseok Nam) 한국정보과학회 2021 정보과학회논문지 Vol.48 No.1
Intel의 Optane DC Persistent Memory 는 Storage Device에 비해 작업 속도가 빠르면서도 데이터의 영구 저장이 가능한 비휘발성 메모리이다. 그러나 CPU 소켓 별로 메모리를 가지는 NUMA 시스템에서 다른 CPU 소켓의 메모리로 원격 접근할 때 Latency가 증가하게 된다. 때문에 여러 개의 비휘발성 메모리에 SkipList를 구성하게 되면 원격 NUMA 노드로의 접근 때문에 탐색 성능이 저하되는 문제가 있어 본 논문에서는 이를 해결하기 위한 새로운 SkipList인 LFA-SkipList를 제안한다. LFA-SkipList는 기존의 포인터 외에 새롭게 추가된 local 포인터를 활용하여 local 노드를 먼저 탐색하고 그 후에 Remote 노드를 탐색하는 방식을 사용하고, 따라서 불필요한 Remote 노드 접근이 줄어들어 성능이 향상되었다. 실험 결과 새로운 SkipList는 기존의 SkipList에 비해 향상된 탐색 성능을 보였다. Intel"s Optane DC Persistent Memory is a non-volatile memory that works faster than storage devices and stores data persistently. However, in the NUMA system, it takes a longer latency to access the remote memory of another CPU socket than for local NUMA access. Therefore, performance is degraded when configuring the SkipList in multiple non-volatile memories. In this paper, an LFA-SkipList was proposed to solve this problem. The LFA-SkipList has a newly added local pointer and uses it to access the local node first and then the remote node, thereby reducing unnecessary remote node access and improving performance. The study found the LFA-SkipList demonstrated a much shorter search time than that of the legacy SkipList.