NUMA 시스템에서 성능 개선을 위해 고안된 락 분석 및 평가

Abstract

컴퓨터 시스템의 더 높은 성능 요구에 따라 멀티 코어에서 매니 코어(Many Core)의 다중 노드(nodes) 시스템으로 발전됨에 따라 NUMA(Non-Uniform Memory Access) 아키텍처가 최근 컴퓨터 시스템에 널리 사용되고 있다. NUMA 아키텍처에서는 스핀락(Spin Lock)과 같은 일반적인 락(lock) 사용 시 캐시(cache)간 일관성 유지를 위해 빈번한 노드 간 트래픽(traffic)을 발생시켜 성능 저하의 주요 원인이 되고 있다. NUMA 아키텍처에서 코어의 개수가 늘어남에 따라 성능을 scalable하게 향상시키기 위해 기존 락 사용이 아닌 캐시 간 일관성 유지를 위한 트래픽 또는 캐시 일관성 오류를 최소화한 알고리즘이 적용된 락 사용이 필요하다. 본 연구에서는 NUMA 아키텍처에 적합하게 설계된 세 가지 알고리즘인 Cohort Lock, NUMA Aware Reader-Writer Lock, Queue Delegation Lock 알고리즘에 대해 알아보고 NUMA 아키텍처 상에서의 성능 향상을 위해 설계 시 고려된 부분을 분석해본다. 또한 이러한 락 알고리즘의 실제 성능 분석을 위해 다양한 읽기-쓰기 작업 부하 비율을 조절 할 수 있는 마이크로벤치마트 어플리케이션(Microbenchmark Application)을 사용하여 NUMA 아키텍처 상에서 실제 성능을 검증하였다. 또한 Cohort 락 알고리즘에서 핸드오프 바운드(Handoff Bound)와 NUMA Aware Reader-Writer 락과 Queue Delegation 락 알고리즘에서 대기 한계(Patience Limit)라는 두 가지 튜닝 가능한 매개 변수의 설정 값을 변경하여 성능을 향상 시킬 수 있는 튜닝 된 매개 변수 설정 값을 검증해보았다. 실험을 통해 튜닝 매개 변수에 적절한 값을 적용하면 마이크로벤치마트 어플리케이션에서 성능이 최대3%까지 향상되는 것을 확인할 수 있다.