XRP: In-Kernel Storage Functions with eBPF

[stonewhitener]

Resources

• https://www.usenix.org/conference/osdi22/presentation/zhong

Summary

BFPでカーネルのストレージスタックをバイパスし，NVMeドライバの割り込みハンドラ内のフックを用いてストレージエンジンの処理を高速に実行するフレームワークXRPを提案．標準的なシステムコールやSPDKを用いる手法と比較して低レイテンシと高スループットを実現．

Memo

• SPDK
  • 完全にカーネルをバイパスするため低レイテンシ
  • デメリットが大きい
    • ファイルシステムを実装する必要がある
    • I/O poll で CPU サイクルを浪費する
• BFP
  • カーネル-ユーザークロッシングやコンテキストスイッチのオーバーヘッドを削減できる
  • OS によりサポートされているメカニズムのため，busy wait の利用をある程度回避できる
• XRP
  • BFP でカーネルのストレージスタックをバイパスし，NVMe ドライバの割り込みハンドラ内のフックを用いてストレージエンジンの処理を高速に実行するフレームワーク XRP を提案．
  • I/O の完了後，すぐに次の I/O を resubmission 可能．
• 実験結果
  • BPF-KV: B-tree ベースの単純なKVS実装
  • 標準的なシステムコール (read / io_uring) や SPDK を用いる手法と比較して低レイテンシかつ高スループットであることを確認
  • 特に，スレッド数がコア数を上回るときは SPDK と比較して低レイテンシ
    • SPDK では busy wait が原因でリソース利用効率がよくない
  • XRP を適用した WiredTiger に YCSB をかけて性能が改善することを確認