[論文レビュー] Towards Transactional Load over XtreemFS

Roman Talyansky, Bernd Scheuermann+2 more|arXiv (Cornell University)|Jan 17, 2010

Advanced Data Storage Technologies参考文献 9被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、企業向けトランザクションワークロード下での分散ファイルシステム（DFS）のパフォーマンス評価手法を、SAPアプリケーションからの実際のI/Oトレースを用いて提案する。XtreemFSとCephの評価において、XtreemFSは低TCOで優れた読み取りパフォーマンスとスケーラビリティを示すが、書き込み遅延は依然として深刻なボトル neck であり、恒久的ストレージの強化による最適化が求められる。

ABSTRACT

We propose using trace-based assessment of the performance of distributed file systems (DFS) under transactional IO load. The assessment includes simulations and experiments using the IO traces. Our experiments suggest that DFS, and specifically XtreemFS have a good potential to support transactional IO load in distributed environments: they demonstrate good performance, high availability and scalability, while at the same time opening the way to TCO reduction.

研究の動機と目的

• 本番環境での分散ファイルシステム（DFS）の評価にかかる高コストを低減するため、完全なアプリケーションデプロイを回避すること。
• XtreemFS や Ceph のようなオブジェクトベースのDFSが、企業向けトランザクションワークロードをサポートする適性を評価すること。
• 実際の企業用I/Oトレース下でのDFSのパフォーマンス特性（特に遅延とスループット）を評価すること。
• 特に同期書き込み処理におけるパフォーマンスボトル neck を特定し、将来の最適化を支援すること。
• 再現可能でスケーラブルなDFS評価を可能にするトレースベースのシミュレーション手法の有効性を検証すること。

提案手法

• 本番ファイルシステム上で実行中のSAP企業アプリケーションから実際のI/Oトレースを収集し、トランザクションワークロードをモデル化した。
• 同じI/Oトレースを複数の対象DFS（XtreemFS、Ceph）に再生して、完全なアプリケーションデプロイなしでパフォーマンスを評価した。
• DFSの分散機能をシミュレートし、オブジェクトストレージデバイス（OSD）間での負荷分散を分析した。
• 読み取り/書き込み遅延、スループット、およびOSD数やI/O負荷の変化に伴うスケーラビリティといった、主要なパフォーマンス指標を測定した。
• 制御されたシミュレーション環境を用いて、アプリケーション固有のチューニングや設定のオーバーヘッドからファイルシステムの挙動を分離した。
• ストライプ幅やストライプサイズといった設定パrameterがパフォーマンスおよびリソース利用に与える影響を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 完全なアプリケーションデプロイなしで、実際の企業向けトランザクションワークロード下でのDFSパフォーマンスをトレースベースの手法で効果的に評価できるか？
• RQ2 XtreemFSは、読み込み遅延、書き込み遅延、スループットスケーラビリティの観点から、トランザクションI/Oワークロードにおいてどのように動作するか？
• RQ3 I/O負荷と同時に接続するクライアントストリームの増加に伴い、XtreemFSとCephの間でパフォーマンスにどのような差が生じるか？
• RQ4 ストライプ幅やストライプサイズといったDFSパラメータを、パフォーマンスとリソース利用のバランスを取るためにどれほど最適化できるか？
• RQ5 XtreemFSにおいて、特に同期書き込み処理において、主なパフォーマンスボトル neck は何か？

主な発見

• XtreemFSは低遅延の読み取りと高いスループットを達成しており、読み込み中心のトランザクションワークロードにおいて優れたパフォーマンスを示している。
• XtreemFSにおける書き込み遅延は依然として顕著に高く、特に同期書き込みにおいて深刻なパフォーマンスボトル neck であることが判明した。
• XtreemFSはOSD数の増加に伴い良好にスケーリングされ、I/O負荷が効果的に分散され、増加する書き込みワークロード下でも低遅延を維持している。
• CEPHは小規模なI/Oストリームでは優れたパフォーマンスを示すが、負荷が増加するにつれてXtreemFSに比べて遅延とスループットの低下が顕著に進行する。
• トレースベースの手法により、完全なアプリケーションデプロイやチューニングを伴わず、再現可能でスケーラブルかつ効率的なDFSパフォーマンス評価が可能になった。
• XtreemFSとCephは、コンmodityハードウェア上でスケールアウトが可能で、ニア・リニアなパフォーマンススケーリングを実現するため、TCO削減の可能性を示している。