Sistemas de armazenamento compartilhado com qualidade de serviço e alto desempenho

Abstract

Resumo: E desejável que servidores de armazenamento compartilhado possuam mecanismos que forneçam isolamento de performance entre aplicações concorrentes. Em sistemas com isolamento de performance, cada aplicação recebe a quantidade de recurso determinada por suas garantias de QoS, especificadas em SLA's, independentemente da carga e dos padrões de utilização de outras aplicações. Uma abordagem muito utilizada atualmente é fornecer garantias de QoS e isolamento de performance através do algoritmo de escalonamento de disco. Contudo, para que isso seja possível sem que o desempenho do disco seja degradado, também é necessário que o algoritmo previna a ocorrência de deceptive idleness. Deceptive idleness é a situação onde uma aplicação é considerada ociosa pelo escalonador de disco, no instante imediatamente posterior ao término do atendimento de uma requisição síncrona, mas anterior ao envio da próxima. Assim, caso uma aplicação seja erroneamente considerada ociosa, um escalonador conservativo atenderia outra aplicação, perdendo a localidade no acesso e diminuindo o desempenho geral do dispositivo. Este trabalho propõe um novo algoritmo de escalonamento de disco não-conservativo, o Highthroughput Token Bucket Scheduler (HTBS), que utiliza conceitos retirados de outros dois algoritmos de escalonamento de disco: BFQ e pClock. O HTBS incorpora a ideia de prevenção de deceptive idleness adotada pelo BFQ, mesclada á política de atribuição de tags e atendimento de requisições do algoritmo pClock. Mostramos, através de experimentos realizados com a implementação do HTBS para o Kernel Linux, que o HTBS pode fornecer garantias de QoS para aplicações com requisitos variados mesmo na presença de requisições síncronas, bem como alto desempenho.

Abstract: Shared storage systems must provide performance isolation among concurrent applications. In such systems, each application receives a specied share, according to its QoS guarantees dened in SLA's, regardless the behavior and load of other applications. A very common approach in nowadays storage systems is to provide QoS guarantees and performance isolation through the disk scheduler algorithm. However, in order to provide these guarantees without decreasing system performance, it is also required that the scheduler prevents deceptive idleness. Deceptive idleness is a situation where an application is deemed idle by the disk scheduler, in the moment right after a synchronous request completion but prior the issue of the next one. Therefore, if an application was mistakenly deemed idle, a work-conserving disk scheduler would switch service to another application, losing locality and decreasing disk overall performance. This work proposes a new non-work-conserving disk scheduling algorithm, called High-throughput Token Bucket Scheduler (HTBS), which is based on concepts of two former disk schedulers: BFQ and pClock. HTBS merges the deceptive idleness prevention mechanism from BFQ and the timestamp attribution policy and request serving order from pClock. We show, through experiments performed with the HTBS implementation for Linux Kernel, that HTBS can provide both high throughput and QoS guarantees to applications with dierent attributes even when using synchronous requests.