Performance analysis and modeling of disk I/O subsystem in high throughput servers

(2004) Performance analysis and modeling of disk I/O subsystem in high throughput servers. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img]
Preview
PDF
10329.pdf

Download (5MB) | Preview

Arabic Abstract

بينما تزداد سرعات المعالج بصورة مفاجئة ، فإن سرعة الإدخال والإخراج (د/خ) وخاصة إدخال/إخراج القرص قد تخلف كثيراً . نتيجة لذلك فإن كفاءة أجهزة الخادمات ذات الطاقة العالية قد تقيدت بتكاليف نظام د/خ . يعرض هذا البحث ثلاث مواصفات لنظام د/خ : قرص أحادي ، جمع من الأقراص وجمع فائض من الأقراص غير المكلفة (RAID) . بالإضافة إلى ذلك ، نأخذ بعين الاعتبار طريقتين لجدولة نظام د/خ القرص وهما : أول داخل-أول خارج (FCFS) وأول أقصر وقت للموضع (SPTF) باستخدام وبدون استخدام تمهيد الاستجلاب . صنفنا قدرة أجهزة الخادمات ذات الطاقة العالية بثلاثة طبقات : المداخل الموسعة والمنتشرة على نحو تسلسلي (SDSA) والمداخل الموسعة والمنتشرة على نطاق واسع (WDSA) والمداخل الموسعة والمنتشرة على نطاق ضيق (NDSA) . باستخدام هذا التصنيف ، استخدمنا المحاكاة المنقادة نحو الأثر لمقارنة المواصفات الموجودة ومقارنة أساليب الجدولة . فالنتائج المبنية على المحاكاة أظهرت أن استخدام أسلوب الجدولة SPTF يمكن أن يقلل من معدل زمن بحث القرص إلى 50% مقارنة بأسلوب الجدولة FCFS مع احتمالية زيادة في تحسن الأداء بمقدار 10% عند استخدام طريقة تمهيد الاستجلاب تحت قدرات WDSA . إضافة لذلك ، فإن استخدام جميع الأقراص أو RAID يمكن أن يقلل بصورة ملحوظة زمن البحث بمعامل يتراوح بين 2 إلى 8 تحت قدرة WSDA . هذه التحسينات في زمن البحث يزيد من القدرة الإجمالية لجهاز الخادم . أجرينا قياسات حقيقة على جهاز خادم لإثبات النتائج التي حصلنا عليها آنفاً والمتعلقة بأنواع المواصفات الثلاث لنظام د/خ القرص .

English Abstract

While processor speeds are rapidly increasing, the Input/Output (I/O) especially disk I/O speeds are lagging far behind. The implication of this trend is that the performance of several high throughput networking application servers is limited by I/O subsystem overheads. This thesis considers three I/O subsystem configurations for high throughput servers: single disk, disk array, and Redundant Array of Inexpensive Disks (RAID). In addition, we consider two disk I/O scheduling policies: First-Come First-Served (FCFS) and Shortest Position Time First (SPTF) with and without prefetching. We characterize the high throughput server workloads in terms of three categories: Sequentially Distributed Strides Accesses (SDSA), Widely Distributed Strides Accesses (WDSA) and Narrowly Distributed Strides Accesses (NDSA). Using this characterization, we employ trace-driven simulation to compare the alternative configurations and scheduling policies. Our simulation-based analysis shows that SPTF scheduling can reduce the average disk seek time by 50% compared to FCFS scheduling with possibility of further 10% improvement when prefetching is used under WDSA workloads. Additionally, using disk array or RAID configurations can reduce effective seek time by a factor ranging from 2 to 8 under WDSA workload. These improvements in disk seek time enhance the overall server throughput. We use measurements on a real server to validate some of the above findings that are related to three types of I/O subsystem configurations.

Item Type: Thesis (Masters)
Subjects: Computer
Department: College of Computing and Mathematics > Computer Engineering
Committee Advisor: Sattar, Abdul Waheed M. A.
Committee Members: Abd-El-Barr, Mostafa and Baroudi, Uthman
Depositing User: Mr. Admin Admin
Date Deposited: 22 Jun 2008 14:02
Last Modified: 01 Nov 2019 13:59
URI: https://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/10329