[논문 리뷰] A Comprehensive Evaluation of RDMA-enabled Concurrency Control Protocols.

Chao Wang, Kezhao Huang외 1명|arXiv (Cornell University)|2020. 02. 28.

Distributed systems and fault tolerance참고 문헌 28인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 한쪽 방향 및 양쪽 방향 통신 원칙을 모두 사용하는 6개의 RDMA 기반 동시성 제어 프로토콜을 평가하기 위한 통합 프레임워크인 RCC를 제안한다. 공식에 의존하지 않는 최적화 기법들인 코루틴과 도어벨 배치를 통해 뛰어난 성능을 달성하였으며, 이는 RDMA 기반 OLTP 시스템에서 프로토콜 선택과 통신 모델이 거래 처리량과 지연 시간에 상당한 영향을 미친다는 것을 입증한다.

ABSTRACT

On-line transaction processing (OLTP) applications require efficient distributed transaction execution. When a transaction accesses multiple records in remote machines, network performance is a crucial factor affecting transaction latency and throughput. Due to its high bandwidth and very low latency, RDMA (Remote Direct Memory Access) has achieved much higher performance for distributed transactions than traditional TCP-based systems. RDMA provides primitives for both two-sided and one-sided communication. Although recent works have intensively studied the benefits of RDMA in distributed transaction systems, they either focus on primitive-level comparisons of two communication models (one-sided vs. two-sided) or only study one concurrency control protocol. A comprehensive understanding of the implication of RDMA for various concurrency control protocols is an open problem. In this paper, we build RCC, the first unified and comprehensive RDMA-enabled distributed transaction processing framework supporting six concurrency control protocols using either two-sided or one-sided primitives. We intensively optimize the performance of each protocol without bias, using known techniques such as co-routines, outstanding requests, and doorbell batching. Based on RCC, we conduct the first and most comprehensive (to the best of our knowledge) study of the six representative distributed concurrency control protocols on two clusters with different RDMA network capabilities.

연구 동기 및 목표

• 다양한 통신 모델 간에 RDMA 기반 동시성 제어 프로토콜에 대한 종합적이고 편향 없는 평가가 부족한 문제를 해결하기 위해.
• 여러 동시성 제어 프로토콜을 대상으로 한쪽 방향과 양쪽 방향 RDMA 원칙을 사용할 경우의 성능 영향을 연구하기 위해.
• 6개의 프로토콜를 지원하며 일관된 최적화 기법을 적용하는 통합형 고성능 프레임워크(RCC)를 구축하기 위해.
• 프로토콜 설계와 RDMA 통신 패턴이 거래 처리량과 지연 시간에 공동으로 미치는 영향에 대한 경험적 통찰을 제공하기 위해.

제안 방법

• RDMA를 사용하는 6개의 분산 동시성 제어 프로토콜을 지원하는 통합 프레임워크인 RCC를 설계하고 구현하기 위해.
• 모든 프로토콜에 걸쳐 공식에 의존하지 않는 성능 최적화 기법들(예: 코루틴, 처리 중인 요청, 도어벨 배치)을 적용하기 위해.
• 공정한 비교를 위해 동일한 프레임워크 내에서 한쪽 방향 및 양쪽 방향 RDMA 통신 원칙을 모두 지원하기 위해.
• 다른 RDMA 네트워크 성능을 갖춘 두 개의 클러스터에서 실험을 수행하여 다양한 네트워크 조건에서 프로토콜의 동작을 평가하기 위해.
• 표준화된 워크로드와 측정 지표를 사용하여 프로토콜 간에 일관되고 비교 가능한 평가를 보장하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 한쪽 방향 및 양쪽 방향 RDMA 통신 모델은 다양한 동시성 제어 프로토콜의 성능에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ2 RDMA 환경에서 가장 높은 처리량과 가장 낮은 지연 시간을 달성하는 동시성 제어 프로토콜은 무엇이며, 그 이유는 무엇인가?
• RQ3 프로토콜 특화 최적화가 RDMA 환경에서 성능 향상에 얼마나 기여하는가?
• RQ4 네트워크 특성(대역폭, 지연 시간)은 RCC 프레임워크 내에서 다양한 프로토콜 간 상대적 성능에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ5 다양한 동시성 제어 프로토콜에 걸쳐 통합 최적화 기법(예: 도어벨 배치)이 미치는 영향은 무엇인가?

주요 결과

• 통신 모델 선택(한쪽 방향 대비 양쪽 방향)이 프로토콜 성능에 상당한 영향을 미치며, 한쪽 방향은 메시지 전송 단계가 적어 지연 시간이 낮아지는 경향이 있다.
• 고도의 경쟁 상황에서 양쪽 방향 프로토콜은 더 예측 가능한 메모리 접근 패턴 덕분에 더 우수한 확장성을 보였다.
• 도어벨 배치와 코루틴 기반 I/O 파이프라인 기법은 모든 프로토콜에서 처리량을 최대 40% 향상시켜 일반 최적화 기법의 가치를 입증하였다.
• 원자 연산(예: 두 단계 잠금)에 의존하는 프로토콜들은 한쪽 방향 RDMA 덕분에 시스템 호출 오버헤드가 줄어들어 더 큰 이점을 얻었다.
• 저대역폭 RDMA 네트워크에서 프로토콜 간 성능 격차가 더욱 커졌으며, 이는 네트워크 자원 제약 상황에서 프로토콜의 효율성이 더욱 중요해지는 것을 시사한다.