[논문 리뷰] Disks, Partitions, Volumes and RAID Performance with the Linux Operating System

Michel Dagenais|ArXiv.org|2005. 08. 12.

Advanced Data Storage Technologies참고 문헌 2인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 다양한 Linux 블록 디바이스 레이어—디스크 파artitions, 루프백 파일, 소프트웨어 RAID, LVM, 네트워크 블록 디바이스—의 성능을 여러 파일시스템(Ext2, Ext3, ReiserFS, JFS, XFS, NFS)을 사용하여 평가한다. 통제된 조건에서 I/O 스루풋과 지연 시간을 벤치마킹하여, 실제 디스크 파artitions가 가상화된 레이어보다 뛰어난 성능을 보이며, LVM과 RAID는 측정 가능한 오버헤드를 유발하는 것으로 드러났다. 반면 네트워크 기반 디바이스인 NFS는 상당히 높은 지연 시간과 낮은 스루풋을 보였다.

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.

연구 동기 및 목표

• 공통적으로 사용되는 Linux 블록 디바이스 레이어 간 성능 차이를 평가하기 위해.
• 파일시스템 선택(Ext2, Ext3, ReiserFS, JFS, XFS, NFS)이 기반 블록 디바이스 레이어와 어떻게 상호작용하는지 측정하기 위해.
• LVM, 소프트웨어 RAID, 네트워크 블록 디바이스와 같은 가상화 레이어가 유도하는 성능 오버헤드를 정량화하기 위해.
• 시스템 아키텍트와 관리자가 최적의 스토리지 구성 선택을 위한 경험적 데이터를 제공하기 위해.
• 다양한 워크로드에서 장치 추상화 레이어가 I/O 성능에 미치는 영향을 평가하기 위해.

제안 방법

• 일관된 하드웨어와 워크로드 패tern을 갖춘 통제된 테스트 환경에서 벤치마킹을 수행하였다.
• 여러 블록 디바이스 레이어를 테스트하였으며, 물리적 디스크 파artitions, 루프백 파일, 소프트웨어 RAID, LVM, 네트워크 블록 디바이스(NFS)를 포함하였다.
• 각 구성은 여섯 개의 파일시스템(Ext2, Ext3, ReiserFS, JFS, XFS, NFS)과 조합되었다.
• I/O 성능은 순차적 및 랜덤 액세스 워크로드를 기반으로 한 표준 벤치마크를 사용하여 스루풋과 지연 시간을 측정하였다.
• 모든 디바이스 레이어와 파일시스템 조합 간의 결과를 수집하고 비교하였다.
• 유의미한 성능 차이를 식별하기 위해 통계 분석을 사용하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Linux에서 LVM과 소프트웨어 RAID와 같은 가상화된 블록 디바이스와 비교해 실제 디스크 파artitions의 성능은 어떻게 되는가?
• RQ2 루프백 파일과 네트워크 블록 디바이스는 물리적 디스크에 비해 상대적으로 어떤 I/O 성능 오버헤드를 유발하는가?
• RQ3 다양한 파일시스템(Ext2, Ext3, ReiserFS, JFS, XFS, NFS)은 동일한 블록 디바이스 레이어에서 어떻게 성능을 보이는가?
• RQ4 어떤 블록 디바이스 레이어와 파일시스템 조합이 가장 높은 스루풋과 가장 낮은 지연 시간을 제공하는가?
• RQ5 블록 디바이스 수준의 가상화가 Linux 시스템에서 I/O 성능에 얼마나 심각하게 악영향을 미치는가?

주요 결과

• 실제 디스크 파artitions는 모든 테스트 워크로드에서 일관되게 가장 높은 I/O 스루풋과 가장 낮은 지연 시간을 기록하였다.
• LVM과 소프트웨어 RAID는 측정 가능한 성능 오버헤드를 유발하였으며, RAID 구성은 실제 파artitions 대비 최대 20% 높은 지연 시간을 보였다.
• 루프백 파일은 물리적 파artitions보다 성능이著しく 열 劣하였으며, 랜덤 I/O 워크로드에서 최대 40%의 스루풋 감소가 발생하였다.
• NFS 기반 네트워크 블록 디바이스는 가장 열 劣한 성능을 보였으며, 로컬 디스크 파artitions 대비 지연 시간이 최대 10배 높았다.
• 파일시스템 선택은 상당한 영향을 미쳤다: XFS와 JFS는 특히 큰 순차 I/O에서 높은 스루풋 시나리오에서 Ext3와 ReiserFS를 능가하였다.
• 랜덤 I/O 패tern에서 가상화 레이어와 물리적 디스크 간 성능 격차가 더욱 커졌으며, 이는 가상화 오버헤드가 랜덤 액세스 워크로드에서 더 두드러진다는 것을 시사한다.