The popularity of memory-intensive applications has increased the demand for various systems running them. Existing solutions, such as swapping and memory over-provisioning, fail to support the memory-intensive application. Disk swapping significantly reduces performance of the memory-intensive application due to too frequent evictions. On the other hand, memory over-provisioning incurs low memory utilization which results in high memory cost. Disaggregated data center is proposed to mitigate these limitations. It uses a fast and efficient inter-connection such as RDMA to allocate resources from the remote pool on demand. Prior work suggests disaggregated data center libraries both in userspace and in form of kernel block device driver. Userspace libraries incur additional cost for integrations due to library-specific APIs, whereas kernel block device drivers are not able to exploit user application's information. In this work, We propose a userspace memory management library that mitigates these limitations. It enables each process to use remote memory as same as a local one. Unlike similar resource disaggregation libraries, it offers a POSIX-like API for easy integration. In addition, since the library shares its address space with the user application, it is possible to exchange information between the library and application easily. This introduces additional optimization opportunities. To verify the effectiveness of the proposed library, we implemented its prototype. For basic performance comparisons, we conduct a microbenchmark. It shows that our implementation brings $5 - 6\times$ better performance compared to Linux's disk swapping. Finally, we integrate Memcached, which is a well-known memory-intensive application, with our solution and analyze its performance to evaluate the ease of integration and performance benefits when it comes to the real-world application. The integration only takes only 10 lines of code modification, while it presents $1.16 - 2\times$ higher throughput (TPS) than Linux's disk one.
메모리-집약 애플리케이션의 대중화에 따라 이를 위한 기반 시스템 또한 활발히 연구되고 있다. 기존에 사용하는 디스크 스와핑 기반 시스템은 애플리케이션의 성능을 크게 감소시키고 이를 피하기 위해 메모리를 과다 할당하면 메모리 이용률이 떨어져 비용상의 문제가 초래된다. 분해 데이터 센터는 이 문제점을 해결하기 위해 등장하였다. 이 데이터 센터는 원격에 있는 컴퓨터 자원을 RDMA와 같은 빠르고 효과적인 연결 방식을 이용하여 필요시에 할당한다. 많은 연구들이 사용자공간과 커널에서 이 분해 데이터 센터 기술을 이용한 라이브러리를 제안하였다. 기존 사용자공간 라이브러리는 고유의 API를 이용하기 때문에 애플리케이션과의 통합이 어려운 반면 커널 라이브러리리는 블록 드라이버를 기반으로 하기 때문에 사용자 공간의 정보를 활용하지 못하는 한계점을 가지고 있다. 본 연구에서는, 이를 해결하기 위한 분해 데이터 센터를 위한 사용자 공간 메모리 관리 라이브러리를 제안한다. 이 라이브러리는 각 프로세스로 하여금 원격 메모리를 로컬 메모리처럼 사용할 수 있게 한다. 또한, POSIX-like 한 API를 제공하여 사용자가 이를 이용하여 애플리케이션과 쉽게 통합 할 수 있게 한다. 라이브러리가 사용자 애플리케이션과 주소 공간을 공유하므로 상호 정보 교환이 용이하여 추가적인 최적화 여지 또한 가지고 있다. 본 연구에서는 제안하는 라이브러리의 유효성을 검증하기 위해 이의 프로토타입을 개발하였다. 마이크로 벤치를 통하여 기본적인 성능을 비교해본 결과 Linux 디스크 스와프 시스템과 비교시 5배에서 6배 정도의 읽기 성능 시간 향상을 보였다. 마지막으로, 이 라이브러리를 대표적인 메모리-집약 애플리케이션인 Memcached와 통합하고 성능을 측정하였다. 이를 통하여 제안하는 라이브러리가 실제로 통합이 용이한 지와 이를 통하여 가져오는 성능 향상점을 평가하였다. 통합 작업은 소스코드 10줄 정도의 적은 수정만 필요하였으며 리눅스 디스크 구현과 비교했을 경우 1.16배에서 2배 정도로 초당 처리량(TPS)이 향상되었다.
