Software RAID has many advantages, especially the cost. However, it has a tradeoff between I/O performance and reliability. The use of an internal cache in software RAID increases the I/O performance, but it also makes the software RAID prone to be damaged by sudden power failure. In this paper, we present two kinds of software mechanisms based on the Ext3 File System that guarantees the consistency of software RAID in the case of sudden power failure.
The first proposed mechanism is called Synchronized Software RAID Cache Destaging Mechanism(SRCD). Though the mechanism cannot keep all the data in the cache in case of power failure, it preserves all crucial data for the software RAID filesystem consistency by synchronizing the cache at the two points in the middle of the Ext3 File System write process: (1) just before the transaction commit block of a transaction is written into the software RAID; and (2) just before Ext3 File System updates the table of valid transactions in the journal (deletes transactions from the journal).
The second one is Tag-based Synchronized Software RAID Cache Destaging Mechanism (T-SRCD). SRCD can not avoid performance degradation is certain workloads which have localized characteristic in more than one region. T-SRCD compromises the inevitable performance degradation of SRCD. Instead of destaging all the data in RAID cache, it delays the destaging of transactions` commit blocks and the blocks invalidating transactions in journal area of Ext3 File System. (1) each commit block is allowed to be destaged when rest of the blocks in the transaction are destaged naturally by RAID destaging algorithm. (2) Transaction invalidate block can be destaged if the metadata and data inside the transacion to be deleted have been fully destaged.
We implemented SRCD and T-SRCD on the x86-Linux Platform and our own software RAID driver called 'LORE' which has an size-adjustable internal cache. Experimental results show that the performance of the software RAID with SRCD and T-SRCD is tolerable compared to the original software RAID (LORE) while providing its consistency, and T-SRCD brings less performance degradation than SRCD.
기존의 소프트웨어 레이드는 비용을 전혀 들이지 않고 저장 시스템을 구축할 수 있는 장점을 가지고 있으나, 전원공급실패의 상황에서 컨시스턴시의 보호가 되지 않는 단점 때문에 쓰기 캐쉬의 사용이 불가능하여 그 성능에 제한이 있었다. 따라서, 우리는 소프트웨어 레이드가 쓰기 캐쉬를 사용하더라도 별도의 하드웨어를 추가하지 않고도 소프트웨어 레이드를 항상 컨시스턴트한 상태로 보존할 수 있는 소프트웨어적인 메카니즘들을 제안하였다. 첫번째로 제안한 SRCD는 Ext3 파일 시스템의 쓰기 과정 중에 (1) 트랜잭션을 커밋하기 전과 (2) 트랜잭션을 저널 영역으로부터 지우기 전의 시점에서 레이드 캐쉬 내부 데이터들을 디스크와 동기화 시킴으로써 항상 레이드 내 파일 시스템을 컨시스턴트하게 만드는 것이 가능하다. 두번째로 제안한 T-SRCD는 파일 시스템으로부터 레이드로 쓰여지는 블락 가운데 특정블락들, (1) 트랜잭션의 커밋 블락, (2) 트랜잭션을 지우는 블락, 에 대해서 레이드 캐시가 이들을 디스크로 디스테이지 하는 시점을 딜레이하여 파일 시스템을 컨시스턴트하게 만든다. 실험 결과, SRCD와 T-SRCD가 모두 파일 시스템의 컨시스턴시를 유지시켜주었다. 성능평가에 있어서는, SRCD의 경우 약 10% 가량의 성능저하를 확인할 수 있었으며, T-SRCD의 경우에는 메카니즘이 적용되지 않은 시스템의 성능과 비교하여 거의 성능저하가 나타나지 않는 것을 확인할 수 있었다.
