[論文レビュー] Disks, Partitions, Volumes and RAID Performance with the Linux Operating System

Michel Dagenais|ArXiv.org|Aug 12, 2005

Advanced Data Storage Technologies参考文献 2被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、Ext2、Ext3、ReiserFS、JFS、XFS、NFSを含む複数のファイルシステムを用いて、物理ディスクパーティション、ループバックファイル、ソフトウェアRAID、LVM、ネットワークブロックデバイス（NFS）を含む、さまざまなLinuxブロックデバイスレイヤーの性能を評価している。制御された条件下でI/Oスルーレットとレイテンシをベンチマークした結果、物理ディスクパーティションが仮想化レイヤーを上回る性能を示し、LVMやRAIDは測定可能なオーバーヘッドを引き起こしている一方、NFSのようなネットワークベースのデバイスは顕著に高いレイテンシと低いスルーレットを示した。

ABSTRACT

Block devices in computer operating systems typically correspond to disks or disk partitions, and are used to store files in a filesystem. Disks are not the only real or virtual device which adhere to the block accessible stream of bytes block device model. Files, remote devices, or even RAM may be used as a virtual disks. This article examines several common combinations of block device layers used as virtual disks in the Linux operating system: disk partitions, loopback files, software RAID, Logical Volume Manager, and Network Block Devices. It measures their relative performance using different filesystems: Ext2, Ext3, ReiserFS, JFS, XFS,NFS.

研究の動機と目的

• 一般的に使用されるLinuxブロックデバイスレイヤー（仮想ディスクとして使用されるもの）の性能差を評価すること。
• ファイルシステムの選択（Ext2、Ext3、ReiserFS、JFS、XFS、NFS）が、下位のブロックデバイスレイヤーとどのように相互作用するかを測定すること。
• LVM、ソフトウェアRAID、ネットワークブロックデバイスなどの仮想化レイヤーが引き起こすパフォーマンスオーバーヘッドを定量化すること。
• システムアーキテクチャ担当者や管理者が最適なストレージ構成を選定するための実証的データを提供すること。
• さまざまなワークロードにおいて、デバイス抽象化レイヤーがI/Oパフォーマンスに与える影響を評価すること。

提案手法

• 一貫したハードウェアとワークロードパターンを用いた制御されたテスト環境でベンチマークを実施した。
• 物理ディスクパーティション、ループバックファイル、ソフトウェアRAID、LVM、ネットワークブロックデバイス（NFS）を含む複数のブロックデバイスレイヤーをテストした。
• 各構成は6つのファイルシステム（Ext2、Ext3、ReiserFS、JFS、XFS、NFS）とペアにした。
• 順方向およびランダムアクセスワークロードの両方において、スルーレットとレイテンシの両方を標準ベンチマークで測定した。
• すべてのデバイスレイヤーとファイルシステムの組み合わせについて、結果を収集し比較した。
• 有意なパフォーマンス差を特定するために統計解析を実施した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Linuxにおける物理ディスクパーティションのパフォーマンスは、LVM やソフトウェアRAID などの仮想化ブロックデバイスと比べてどうか？
• RQ2 ループバックファイルやネットワークブロックデバイスは、物理ディスクと比較して、どの程度のI/Oパフォーマンスオーバーヘッドを引き起こすか？
• RQ3 異なるファイルシステム（Ext2、Ext3、ReiserFS、JFS、XFS、NFS）は、同じブロックデバイスレイヤー上でどのようにパフォーマンスを示すか？
• RQ4 どのブロックデバイスレイヤーとファイルシステムの組み合わせが、最高のスルーレットと最小のレイテンシを達成するか？
• RQ5 ブロックデバイスレベルでの仮想化が、LinuxシステムにおけるI/Oパフォーマンスにどの程度悪影響を及えるか？

主な発見

• 物理ディスクパーティションは、すべてのテストワークロードにおいて一貫して最高のI/Oスルーレットと最小のレイテンシを示した。
• LVMおよびソフトウェアRAIDは測定可能なパフォーマンスオーバーヘッドを引き起こし、RAID構成では物理パーティションと比較して最大20％のレイテンシ増加が観察された。
• ループバックファイルは物理パーティションと比較して著しく性能が低く、ランダムI/Oワークロード下ではスルーレットが最大40％低下した。
• NFSベースのネットワークブロックデバイスは最悪のパフォーランスを示し、レイテンシはローカルディスクパーティションと比較して最大10倍にのぼった。
• ファイルシステムの選択が顕著な影響を及ぼした：XFSおよびJFSは、特に大容量の順方向I/Oにおいて、Ext3およびReiserFSを上回るパフォーマンスを示した。
• ランダムI/Oパターンでは、仮想化レイヤーと物理ディスクの間のパフォーマンスギャップが拡大しており、仮想化オーバーヘッドがランダムアクセスワークロードにおいてより顕著であることが示された。