2017 Fiscal Year Research-status Report
NVDIMM を用いたレジリエントなストレージの実現
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16K00104
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
河野 健二 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 教授 (90301118)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | NVDIMM / ストレージ / ジャーナリング / 信頼性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の狙いは，不揮発性 DIMM (NVDIMM) という比較的新しいメモリ・デバイスを活用し，レジリエントな信頼性の高いストレージ基盤を実現することである．特に，NVDIMM-N という規格の NVDIMM を用いる．NVDIMM-N は，通常時は DIMMとして動作するため，通常のメモリ・デバイスと完全に同等に扱うことができ，かつ電源遮断時にはその内容がフラッシュメモリに自動的に保持されるようになっている．そのためバイト・アドレッシング可能かつ低遅延の不揮発性メモリとして扱うことができる．
これまでに，ジャーナル領域を NVDIMM-N 上に配置することによって，データジャーナリングのオーバーヘッドを低減し，それによってファイルシステムのレジリエンスの向上を試みてきた．しかし，ジャーナル領域を NVDIMM-N 上に配置しただけでは，最終的にNVDIMM-N から二次記憶への書き出しがオーバーヘッドとなり，期待した性能が得られないということが分かってきた．29 年度にはカーネル内のページキャッシュとジャーナル領域とを統合することによって，仮想的にジャーナル領域を拡張することで，ある程度の効果が得られることを確認した．この研究成果については，現在，論文にまとめている段階である．
また，本研究で開発を進めている NVDIMM に基づくジャーナリングの機構を，クラウド環境，とくにコンテナ型のクラウド環境に展開しようとすると，コンテナ間でのジャーナリングが競合し，著しい性能低下が発生することを確認している．特に，NVDIMM-N を用いることで，ジャーナリング自身のオーバーヘッドが軽減されるため，コンテナ間の競合が増幅される傾向にある．29 年度はその点についても着目し，各コンテナが生成するジャーナリング要求をユーザレベルで調停する仕組みの導入も試みている．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
研究計画にある通り，29 年度には 28 年度に行った詳細はシステム挙動の分析に基づいて，提案手法のプロトタイピングを進めてきた．すでに研究実績等で報告している通り，研究計画の段階で想定していた手法では十分な効果が得られないということが分かってきたため，カーネル内のページキャッシュとジャーナル領域とを統合することによって，一定の効果を得るという手法を試みることにした．画期的な解決策とはなっていないものの，想定していたよりも効果が高く，ある一定の成果を得ることができたと考えている．研究計画書に記載した通りの手法ではないものの，当初の研究目標をある程度達成することのできる成果を出すことができている．
さらに，当初の研究段階では特に懸念していなかったものの，コンテナ型のクラウド環境に置いて，ジャーナリングに基づくレジリエンスの向上を目指し場合，コンテナ間での競合により大きな性能欠損が生じることがわかってきた．提案手法に基づくジャーナリング手法を導入すると，相対的にジャーナリング自身のオーバーヘッドが低減するため，コンテナ間競合による性能欠損が増幅され，コンテナ間の競合を避けるためのコンテナ間での調停が必要となる．この問題は技術的にかなり興味深い現象であり，29 年度にはやや発展的な課題として，この問題の解決にも取り組んだ．各コンテナにおけるファイル I/O の挙動からコンテナ間競合を回避する手法を提案し，ある程度の効果が得られることを確認している．
現在，これらの成果を学術論文にまとめている段階である．当初の研究計画で想定していた手法が期待通りの効果を示さなかったり，想定外の問題が出てきたことは確かであるものの，どちらの問題に対しても解決策をある程度示すことができ，当初の研究目標はおおむね達成可能であると考えており，おおむね順調に進展していると判断している．
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| Strategy for Future Research Activity |
30 年度は研究最終年度であり，当初の研究計画にあるとおり，これまでに研究・開発を進めてきたプロトタイプシステムの性能評価および学術論文としてまとめる作業が主なものとなる．「現在までの進捗状況」のところで述べた通り，研究計画はおおむね順調に進んでおり，あらたな技術開発よりも，プロトタイプシステムの評価を通じて，提案方式の利点および欠点を学術的な視点から分析・整理することが 30 年度の主な作業となる．本研究が対象とするシステムソフトウェアの分野では，プロトタイプの性能評価および性能分析が重要であり，その作業にかなりの時間と労力を咲かなければならない．また，その過程においてプロトタイプシステムの不具合等が発見されることも多く，その点についても対応を行う必要があると考えている．
また，29 年度までの研究において，ファイルシステムの信頼性に関するいくつかの面白い研究課題も見えてきており，その点についても発展的に取り組んでいくことを考えている．これまでに実用化されているさまざまなファイルシステムの挙動を分析すると，信頼性および性能向上のために行っているさまざまな最適化のせいで，システムの遅延時間に構造的なばらつきが生じており，そのばらつきが大規模クラウド環境におけるストレージシステムの大規模遅延の要因となっていることがわかる．この問題に対しても NVDIMM-N を用いることで対処可能なのではないかという感触を得ており，その方面についての分析もすすめていく予定である．処理時間の遅延はストレージシステムの信頼性を損なう要因のひとつでありことが知られており，大規模分散システムではその遅延が増幅されてしまうことが知られている．NVDIMM を用いることで，大規模ストレージのレジリエンス向上も可能となるという面白い例になると期待している．
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| Causes of Carryover |
現在，投稿中の学術論文が 29 年度内に採録となった場合に備えて論文の別刷代等を見込んでいたものの，論文の査読が遅れており 29 年度内に結果の通知がなかったため，その分の費用が次年度使用額となっている．また，年度内に執筆を完了することをもくろんでいた英文論文の英語校正費用も次年度にずれこむ形となっている．論文の執筆が年度内に完了しなかったため繰り越す形となっている．そのため，これらの次年度使用額はそのまま当初の予定通り，論文の別刷り代金および英文校正料等にあてる予定である．
なお，こうした遅れが生じているのは研究そのものが遅れているためではない．研究成果の好評が早くできるように，やや前倒し気味に予算を計上していたためである．研究成果が得られたものの，研究費の手当がつかずに発表が遅れるような本末転倒の自体を避けるためである．
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