As virtualization technology matures, high-performance computing tasks used in non-virtualized environments have become available to be virtualized. As a result, fault tolerance can be guaranteed with virtual machine checkpoint-restart technique using virtualization to ensure fault tolerance of high-performance computing tasks. However, as the amount of memory required for computing increases rapidly, storing the virtual machine state on a non-volatile storage device(HDD, SSD) periodically causes a huge overhead. Therefore, to reduce overhead caused by checkpoints, page-level incremental checkpoint are used, which store only the pages that change from the previous checkpoint point at fixed intervals. The checkpoint interval has been also reduced by a minute in order to save the normal state by decreasing the mean-time-to-failure in a minute. In order to guarantee the down-time of virtual machine within several seconds, a short checkpoint interval has been researched. Prior to emerging non-volatile memory, disk-based incremental checkpoint had a high overhead for saving into storage, so a major goal was to reduce the copying overhead by selecting the parts that only needed to be stored using a 4 KB base page. However, since emerging non-volatile memory, the copying overhead has been reduced, allowing 2MB of huge page to be used for page-level incremental checkpoint. The use of 2MB of huge page can bring many benefits to the current system, but because of the short checkpoint interval, when performing huge page-level incremental checkpoint, unnecessary parts that do not actually change in huge page are stored. Therefore, the short checkpoint interval and the use of a huge page are mutually exclusive. In this paper, we distinguish between memory-intensive workloads and CPU-intensive workloads in 3 considerations in a short checkpoint interval : page fault handling, copying, and translation lookaside buffer overhead. Based on the characteristics of the workload on the real machine, checkpoint using huge page level incremental checkpoint and using base page level incremental checkpoint can be promoted from a base page to a huge page and demoted from a huge page to a base page in accordance with the situation. Adaptive checkpoint page size also achieved performance improvements that reduced checkpoint overhead by 12% using page-level promotion and demotion.
가상화 기술이 성숙화됨에 따라 기존의 비가상화 환경에서 사용하던 고성능 컴퓨팅 작업을 가상화 환경에서 사용할 수 있게 되었다. 이에따라 고성능 컴퓨팅 작업의 결함 내구성을 보장하기 위해 가상화 기술을 이용한 가상 머신 체크포인트-재실행 기법으로 결함 내구성을 보장할 수 있다. 하지만 컴퓨팅에 필요한 메모리 크기가 급격히 증가함에 따라 주기적으로 비휘발성 저장장치에 가상 머신의 상태를 저장하는 것은 큰 오버헤드를 일으키게 되었다. 따라서 체크포인트로 인해 생기는 오버헤드를 줄이기 위해, 일정 주기마다 이전 체크포인트 시점으로부터 변경되는 페이지만 저장하는 페이지 수준의 증분 체크포인트를 사용한다. 최근 평균 무고장 시간이 분 단위로 줄어 정상의 상태를 저장하기 위해서 체크포인트 간격 또한 분 단위로 줄었고, 가상머신의 수 초 이내의 고장 시간을 보장하기 위해 수 초이내의 짧은 간격의 체크포인트가 연구되고있다. 비휘발성 메모리가 등장하기 전, 디스크 기반의 증분 체크포인트에서는 저장을 위한 오버헤드가 높아 4KB의 기본 페이지 사용하여 저장이 필요한 부분을 세밀하게 선택하여 저장 오버헤드를 줄이는 게 큰 목표였다. 하지만 비휘발성 메모리의 등장 이후, 저장 오버헤드가 줄게되어 2MB의 대용량 페이지를 체크포인트에 사용할 수 있게 되었다. 2MB의 대용량 페이지의 사용은 시스템에서 많은 이점을 가져올 수 있었지만, 짧은 체크포인트 간격으로 인해 대용량 페이지 수준의 증분 체크포인트를 수행할 때 대용량 페이지 안에서 실제 변경이 이뤄지지 않은 불필요한 부분이 저장되어 저장 오버헤드를 증가 시킨다. 따라서 짧은 체크포인트 간격과 대용량 페이지 사용은 서로 절충관계가 형성되게 된다. 본 논문에서는 짧은 체크포인트 간격에서 페이지 폴트 핸들링, 저장, 변환 색인 버퍼 오버헤드 3가지를 고려하여 메모리-중심 워크로드와 CPU-중심 워크로드를 구분하였다. 그리고 실제 머신 위에서 워크로드의 특성에 맞춰 대용량 페이지를 이용한 체크포인트와 기본 페이지를 이용한 체크포인트를 상황에 맞춰 기본 페이지에서 대용량 페이지로의 승격, 대용량 페이지에서 기본 페이지로의 격하를 수행하도록 하여 체크포인트의 전체 오버헤드를 줄일 수 있음을 보여주었다. 또한, 페이지 수준의 승격과 격하를 사용하여 체크포인트 오버헤드를 12% 줄이는 성능 향상을 얻을 수 있었다.
