Recent storage devices such as SSDs and NVMe are replacing traditional hard disk drives by offering higher bandwidth and lower latency. However, File system Check and Repair (C/R) tools are unable to utilize the benefits of multi-core CPUs and high I/O performance storage devices. pFSCK is a C/R tool that utilizes CPU parallelization and the high bandwidth of recent storage devices. It introduces techniques to e2fsck for parallel processing of units such as inodes and directory blocks. Notably, it employs data parallelization techniques to avoid sequential scanning of inodes and pipeline parallelization techniques to avoid unnecessary waiting for the completion of previous passes. However, there are problems such as performance degradation due to lock contention of shared data structures and memory waste. To solve these problems, this paper proposes an optimized pFSCK (oFSCK). oFSCK introduces full per-thread context usage and a newly proposed TwinTree data structure to solve lock contention and memory waste problems. It estimates the amount of wasted memory considering inode usage and the ratio of regular files and uses the appropriate data structure according to the condition. oFSCK reduces the execution time of pass 1 in file-intensive file systems by up to 2.94 times compared to pFSCK through full per-thread context usage. The total execution time is reduced by up to 1.4 times compared to pFSCK. Through the TwinTree data structure, it prevents wasteful memory usage and reduces memory usage by 6.8 times in file-intensive file systems that use only 1% of inodes.
최근 SSD, NVMe와 같은 저장 장치는 전통적인 하드 디스크 드라이브를 대체하는 저장 장치로 더 높은 대역폭과 낮은 지연 시간을 제공한다. 이에 반해 파일시스템 검증 및 복구 도구는 다중 코어 CPU와 높은 입출력 성능을 가진 저장 장치의 이점을 이용하지 못하고 있다. pFSCK는 CPU 병렬화와 최근 저장장치의 높은 대역폭을 이용한 파일시스템 검증 및 복구 도구이다. e2fsck에 아이노드와 디렉토리 블록 등의 단위로 병렬 처리를 하는 기법을 도입했다. 대표적으로, 아이노드의 순차적인 스캔을 피하기 위한 데이터 병렬화 기법과 이전 패스의 완료를 불필요하게 대기하는 것을 탈피하기 위한 파이프라인 병렬화 기법이 있다. 그러나 공유 자료구조의 락 경합으로 인한 성능 저하와 메모리 낭비 등의 문제가 존재한다.이 문제를 해결하기 위해서, 이 논문은 최적화된 pFSCK(oFSCK, Optimized-pFSCK)를 제시한다. oFSCK는 완전한 쓰레드별 문맥 사용과 새롭게 제시한 트윈트리(TwinTree) 자료구조를 도입하여 락 경합과 메모리 낭비 문제를 해결한다. 아이노드 사용량과 정규 파일의 비율을 고려하여 낭비되는 메모리양을 추정하고 조건에 맞는 자료구조를 사용한다. oFSCK는 완전한 쓰레드별 문맥 사용을 통해 파일 중점 파일시스템에서 패스 1 실행 시간을 pFSCK 대비 최대 2.94배 감소시킨다. 전체 실행 시간은 pFSCK 대비 최대 1.4배 감소시킨다. 트윈트리 자료구조를 통해 낭비하는 메모리 사용을 방지하고 1%의 아이노드만을 사용하는 파일 중점 파일시스템에서 메모리 사용량을 최대 6.8배 감소시킨다.
