[논문 리뷰] A FaaS File System for Serverless Computing

Johann Schleier-Smith, Leonhard Holz외 2명|arXiv (Cornell University)|2020. 09. 16.

Distributed systems and fault tolerance참고 문헌 45인용 수 10

한 줄 요약

이 논문은 서버리스 컴퓨팅을 위한 공유 POSIX 호환 파일 시스템인 FaaSFS를 제안한다. 이는 기능 단위 장애 복구와 낙관적 트랜잭션 의미 체계를 활용하여 확장성 있고 고성능의 상태 관리를 제공한다. 클라우드 함수의 경계를 자연스러운 트랜잭션 커밋 지점으로 간주하고, 충돌 해결을 위한 로컬 캐싱을 사용함으로써 FaaSFS는 POSIX 일致성을 유지하면서도 근처 로컬 성능에 가까운 성능을 달성한다. 이로 인해 수정되지 않은 상태 기반 애플리케이션을 서버리스로 실행할 수 있다.

ABSTRACT

Serverless computing with cloud functions is quickly gaining adoption, but constrains programmers with its limited support for state management. We introduce a shared file system for cloud functions. It offers familiar POSIX semantics while taking advantage of distinctive aspects of cloud functions to achieve scalability and performance beyond what traditional shared file systems can offer. We take advantage of the function-grained fault tolerance model of cloud functions to proceed optimistically using local state, safe in the knowledge that we can restart if cache reads or lock activity cannot be reconciled upon commit. The boundaries of cloud functions provide implicit commit and rollback points, giving us the flexibility to use transaction processing techniques without changing the programming model or API. This allows a variety of stateful sever-based applications to benefit from the simplicity and scalability of serverless computing, often with little or no modification.

연구 동기 및 목표

• 서버리스 컴퓨팅에서의 네이티브 상태 관리 부족으로 인해 개발자가 고유의 비포트블러스 스토리지 API를 사용하도록 강요당하는 문제를 해결하기 위해.
• 응용 프로그램 수정 없이 서버리스 환경에서 익숙한 POSIX 파일 시스템 의미 체계를 제공하기 위해.
• 클라우드 함수의 본질적 특성인 유한한 실행 기간과 재시도 가능성이 반복되는 성질을 활용하여 트랜잭션 일관성과 장애 내성 확보하기 위해.
• 공유 파일 시스템이 서버리스 모델에서 전통적인 NFS와 경쟁 가능한 성능을 달성할 수 있음을 입증하기 위해.
• 서버리스 환경에서 트랜잭션 격리성과 캐싱을 효과적으로 조합하여 일관성과 확장성 확보가 가능한지 탐색하기 위해.

제안 방법

• FaaSFS는 기능 경계를 자연스러운 트랜잭션 커밋 및 롤백 지점으로 사용하여 프로그래밍 모델을 수정하지 않고도 투명한 트랜잭션 관리를 가능하게 한다.
• 로컬 캐싱과 함께 낙관적 동시성 제어를 적용하여 빠른 로컬 파일 작업을 허용하고, 충돌은 오직 커밋 시점에만 해결한다.
• 모든 파일 시스템 상호작용을 트랜잭션 메커니즘으로 감싸, 캐시 읽기 또는 잠금 작업 간의 충돌이 발생할 경우 일관성을 보장한다.
• 특히 파일 길이 변경 시의 동시 수정을 처리하기 위해 세밀한 캐시 업데이트 메커니즘을 사용하여 동시성 향상.
• 장애 복구를 위해 재시도 가능성이 반복되는 성질을 활용하여 기존 FaaS 플랫폼과의 통합을 구현한다.
• POSIX 의미 체계를 트랜잭션 데이터베이스 모델로 매핑하여 메모리 일관성 보장 조건을 트랜잭션 격리 수준과 정교하게 일치시킨다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 무상태 함수를 사용하는 서버리스 환경에서 POSIX 호환 파일 시스템을 효율적이고 일관성 있게 구현할 수 있는가?
• RQ2 서버리스 워크로드에서 높은 성능을 달성하기 위해 트랜잭션 의미 체계와 로컬 캐싱을 효율적으로 조합할 수 있는가?
• RQ3 클라우드 함수가 내재한 장애 복구 능력과 재시도 가능성을 얼마나 효과적으로 활용하여 파일 시스템의 일관성과 복구를 단순화할 수 있는가?
• RQ4 FaaSFS는 수정되지 않은 애플리케이션을 지원하면서도 전통적인 NFS와 비교해 유사한 성능을 달성할 수 있는가?
• RQ5 서버리스 파일 시스템 맥락에서 강력한 일관성(일관성 순서화)과 약한 일관성 모델 간의 상호 교환 관계는 어떠한가?

주요 결과

• FaaSFS는 실제 웹 블로그를 포함한 수정되지 않은 실세계 애플리케이션을 성공적으로 실행하여 기존 소프트웨어와의 실용적 호환성을 입증했다.
• Filebench와 TPC-C와 같은 합성 벤치마크에서 기존 NFS 기반 파일 시스템과 유사한 성능을 달성했다.
• 낙관적 동시성 제어와 로컬 캐싱을 통해 동시 액세스 조건에서도 높은 처리량과 낮은 지연 시간을 달성했다.
• 기능 경계를 트랜잭션 경계로 사용함으로써 응용 프로그램 프로그래밍 모델을 수정하지 않고도 투명한 트랜잭션 관리가 가능했다.
• 커밋 시점의 충돌 해결이 효과적이고 효율적이었으며, 일관성을 유지하면서도 높은 확장성을 확보했다.
• 프로토타입은 공유되고 POSIX 호환되는 파일 시스템이 서버리스 환경에서 실현 가능하다는 것을 입증했으며, 서버리스 컴퓨팅의 광범위한 도입을 위한 길을 열었다.