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정보과학회논문지 (Journal of KIISE)

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한글제목(Korean Title) CPU 사용량을 고려한 고성능 저장장치 기반 가상화 시스템의 I/O 완료 처리 기법
영문제목(English Title) I/O Completion Technique of Virtualized System Considering CPU Usage with High-Performance Storage Devices
저자(Author) 이혜지   이태형   이민호   송용주   엄영익   Hyeji Lee   Taehyung Lee   Minho Lee   Yongju Song   Young Ik Eom  
원문수록처(Citation) VOL 46 NO. 07 PP. 0612 ~ 0619 (2019. 07)
한글내용
(Korean Abstract)
최근 Samsung Z-SSD 및 Intel Optane SSD와 같은 고성능 저장장치의 등장으로 인해 시스템의 I/O 성능 오버헤드가 저장장치에서 소프트웨어 I/O 계층으로 이동하였다. 이로 인해 하이퍼바이저 및 운영체제는 고성능 저장장치의 성능을 최대한 활용하기 위해 I/O 완료 처리 기법 중 하나인 폴링 방식의 효용성을 주목하고 있으며, 하이브리드 폴링(Hybrid Polling) 및 적응형 폴링(Adaptive Polling)과 같은 새로운 기법들을 적용하여 사용하고 있다. 본 논문은 QEMU-KVM 하이퍼바이저에서 제공하는 적응형 폴링 방식의 문제점을 설명한 뒤, 고성능 저장장치의 응답 시간을 최대한으로 활용하면서 CPU 사용량을 감소시키는 새로운 I/O 완료 처리 기법을 제안한다. 실험 결과, 제안된 기법은 64KB 이하 크기의 I/O요청에 대해 기존 기법 대비 최대 5.3% 지연된 응답 시간을 보여주지만, CPU 사용량은 최대 39.7% 감소한 것을 확인할 수 있다.
영문내용
(English Abstract)
Recently, the advent of high-performance storage devices such as Samsung Z-SSD and Intel Optane SSD has shifted the I/O systems’ performance overhead from the storage devices to the software I/O layer. To optimize the I/O performance of high-performance storage devices, the hypervisor and operating system have focused on the effectiveness of polling technique, which is one of the I/O completion techniques applied in virtualized systems, and new techniques such as hybrid and adaptive polling are being adopted. This paper reveals the problem of the existing adaptive polling techniques provided by QEMU-KVM hypervisor and proposes a new I/O completion technique, which saves on CPU usage while fully utilizing high-performance storage devices. Our evaluation indicates that the proposed technique reduces CPU usage by up to 39.7% while delaying I/O latency to less than 5.3% only, in comparison to conventional systems.
키워드(Keyword) 가상화   폴링   인터럽트   고성능 저장장치   I/O 완료 처리 방식   virtualization   polling   interrupt   high-performance storage device   I/O completion method  
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