我院智能计算与存储系统团队提出面向高时延内存的异步存储框架论文被EuroSys2024录用
发布时间:2023-09-15 点击:

近日,williamhill官网智能计算与存储系统团队2022级博士生朱博弘(导师:舒继武教授)的一项研究成果被第19届欧洲计算机系统会议EuroSys(European Conference on Computer Systems)录用,这是厦门大学首篇以第一完成单位被EuroSys国际会议录用的论文。具体论文信息如下:

· Bohong Zhu, Youmin Chen, Jiwu Shu. Exploring the Asynchrony of Slow Memory Filesystem with EasyIO. Proceedings of the 19th European Conference on Computer Systems(EuroSys, Athens, Greece, April 2024.

【论文简介】

本研究工作关注高时延内存存储系统的存储税问题(存储系统运行存储栈消耗的CPU资源称为存储税)。现有同步内存访问机制导致内存存储系统的存储税非常显著,随着持久性内存、CXL互连内存等新型高时延异构内存的出现,存储税问题将会更加严重。为此,本研究工作提出利用DMA异步访存能力,将同步IO转化为异步IO,从而释放CPU资源,提高利用率。其独特挑战在于:1)传统崩溃一致性机制要求数据与元数据更新之间强制保序,造成存储系统多次交互,软件开销高;2)异步IO容易引发死锁;3)DMA访存性能难以约束,QoS保障难。

针对上述问题和挑战,本工作提出了一种面向高时延内存的异步存储框架EasyIO。EasyIO利用片上DMA引擎卸载数据拷贝,配合用户态线程调度技术,将同步IO转化为异步IO,并将释放的CPU资源用于执行计算任务,从而最大限度地提高CPU利用率,降低存储税。为此,EasyIO提出了三项关键技术:1)打破传统数据-元数据之间的强制保序要求,提出了无序化数据与元数据操作,数据与元数据更新完全并行,减少了系统交互次数;2)扩展了传统读写锁,提出了两阶段锁机制,通过硬件自动解锁,避免了死锁问题;3)设计了自适应的DMA通道管理机制,通过自适应异步IO决策与硬件通道控制技术实现了高效QoS管控。

实验表明,相较于传统同步访存的文件系统,EasyIO可以极大地降低达到峰值带宽所需的CPU消耗(最高可达88%);相同CPU资源下,EasyIO能够实现1.03到2.3倍的吞吐提升,显著地提高了CPU利用率,降低了存储税。

该篇论文第一作者是我院2022级博士生朱博弘,与清华大学陈游旻助理研究员共同完成,论文通讯作者是舒继武教授。该论文的研究得到了厦门大学-华为操作系统创新联合实验室的支持。

投稿人:朱博弘