RDMA 시스템을 위한 비대칭 락 프리미티브: ALock

Core Concepts

RDMA 기반 시스템에서 로컬 및 원격 접근을 동기화하기 위한 공정하고 기아 없는 뮤추얼 익스클루전 프리미티브인 ALock을 제안한다.

Abstract

이 논문은 RDMA 기반 시스템에서 로컬 및 원격 접근을 동기화하는 문제를 다룬다. RDMA 기술은 원격 메모리에 직접 접근할 수 있게 해주지만, 로컬 접근과 원격 접근 간의 원자성이 보장되지 않아 동기화가 어려워진다.

저자들은 이 문제를 해결하기 위해 ALock이라는 새로운 락 프리미티브를 제안한다. ALock은 Peterson 알고리즘에서 영감을 받아 계층적 설계를 가지고 있다. 두 개의 코호트(로컬 및 원격)가 각자의 MCS 락을 사용하여 경쟁하고, 이후 Peterson 알고리즘을 통해 최종적으로 락을 획득한다. 이를 통해 로컬 접근은 공유 메모리 연산만을 사용하고, 원격 접근은 RDMA 연산만을 사용할 수 있게 된다. 또한 예산 정책을 도입하여 공정성을 보장한다.

실험 결과, ALock은 기존 RDMA 기반 락 알고리즘에 비해 성능이 크게 향상되었다. 특히 로컬 접근이 대부분인 워크로드에서 최대 29배 더 높은 처리량과 20배 더 낮은 지연 시간을 보였다.

Stats

RDMA 기반 시스템에서 로컬 접근과 원격 접근 간의 원자성이 보장되지 않는다.
RDMA 루프백 메커니즘을 사용하면 성능 저하가 발생할 수 있다.
RDMA 연결 확장성 문제(QP 스래싱)로 인해 성능이 저하될 수 있다.

Quotes

RDMA 기술은 원격 메모리에 직접 접근할 수 있게 해주지만, 로컬 접근과 원격 접근 간의 원자성이 보장되지 않는다.
RDMA 루프백 메커니즘을 사용하면 내부 혼잡으로 인해 성능 저하가 발생할 수 있다.
RDMA 연결 확장성 문제(QP 스래싱)로 인해 성능이 저하될 수 있다.

Key Insights Distilled From

ALock: Asymmetric Lock Primitive for RDMA Systems

by Amanda Baran... at arxiv.org 04-30-2024

https://arxiv.org/pdf/2404.17980.pdf

Deeper Inquiries

RDMA 기반 시스템에서 로컬 및 원격 접근을 동기화하는 다른 접근 방식은 무엇이 있을까?

RDMA 기반 시스템에서 로컬 및 원격 접근을 동기화하는 다른 접근 방식으로는 HTM(Hardware Transactional Memory)를 활용하는 방법이 있습니다. 이 방법은 로컬 메모리에 대한 접근을 HTM으로 보호하고, 원격 메모리에 대한 접근은 RDMA rCAS를 사용하여 잠금을 얻는 방식입니다. 이러한 방식은 HTM을 지원하는 아키텍처에서만 적용될 수 있으며, HTM이 보안 문제로 인해 점점 비활성화되고 있음에 유의해야 합니다. 또한, 로컬 하드웨어 트랜잭션은 원격 스레드가 잠금을 획득할 때 항상 중단되는 문제가 있습니다. 이 방법은 로컬 작업이 일반적인 경우 로컬 액세스만 사용하지만, 예기치 않은 상황에서 RDMA 작업을 수행해야 하는 경우에 대비하는 보조 경로가 필요합니다.

ALock 알고리즘의 공정성과 활성화를 보장하기 위한 다른 기법은 무엇이 있을까?

ALock 알고리즘의 공정성과 활성화를 보장하기 위한 다른 기법으로는 RDMA-accessible 메모리 권한 설정을 활용하는 방법이 있습니다. 이 방법은 원격 액세스를 원자적으로 취소하는 방식으로 동작합니다. 그러나 이러한 접근 방식은 느리다는 것이 알려져 있으며, 로컬 액세스가 지속적으로 원격 액세스에 의해 취소될 수 있어 공정성을 보장하기 어려울 수 있습니다.

RDMA 기술의 발전에 따라 ALock 알고리즘이 어떻게 발전할 수 있을까?

RDMA 기술의 발전에 따라 ALock 알고리즘은 더욱 최적화되고 발전할 수 있습니다. 예를 들어, 새로운 캐시 일관성 인터커넥트(CXL)와 같은 기술이 등장하면서 분산된 메모리 패턴을 구현하는 데 중요한 역할을 할 것으로 예상됩니다. 캐시 일관성은 RDMA 및 로컬 원자 연산을 추가 동기화 메커니즘 없이 사용할 수 있게 해줄 수 있습니다. 그러나 CXL을 완전히 활용하기 위해서는 RNIC 재설계가 필요할 수 있으며, 일관성을 위한 성능 희생이 여전히 발생할 수 있습니다. 현재 기술 상태에서 이러한 고려 사항은 대부분 추측에 불과합니다.