VirtIO-trace: 가상화 환경에서 NVMe SSD 입출력 특성 분석을 위한 통합 도구

VirtIO-trace: 가상화 환경에서 NVMe SSD 입출력 특성 분석을 위한 통합 도구

김세욱, 최종무 (단국대학교)

정보과학회논문지 제 45권 제 4호 (2018.4)

VirtIO-trace: IO 분석 통합 도구

현재 상황

• 현재 리눅스 커널에서 사용가능한 I/O 추적 도구는 blktrace 하나뿐이나 마찬가지

• VM의 도입으로 인해서 최소 3개의 레이어에서 I/O를 처리 (아래 그림 참조)

현재 시스템의 문제점

• VM 상황에서의 정확한 I/O 추적을 위해서는 VM의 커널 I/O, QEMU의 I/O 처리부, 호스트의 커널 I/O에 대한 로그 추적 필요

• blktrace만 사용할 경우

  • VM 커널에서 blktrace를 수행

  • 호스트 커널에서 blktrace를 수행

  • blktrace를 두 레이어에서 사용하므로 로그의 양 2배

  • 수동으로 두 시스템 간의 로그에 대한 동기화/분석

  • VM에서 사용한 IO address와 호스트의 IO address가 맞지 않음

  • QEMU의 I/O 처리부에 대한 정보는 QEMU 자체 로깅 시스템으로만 취합

• QEMU I/O 처리부에 대한 로그 시스템이 존재 하지 않음

  • QEMU의 I/O 처리부에서 VM이 요청한 IO에 대해 스케쥴링을 다시하고 IO merge 작업 수행

  • 실제 호스트 커널 까지 전달되는 I/O 가 달라짐 -> 동기화 및 분석을 더욱 어렵게 함

• NVMe를 저장장치로 사용하는 경우 PRP와 같은 NVMe 특화 정보에 대한 수집이 불가

VirtIO-trace

구성

• I/O 로그를 추적하는 디바이스 드라이버 모듈

• 디바이스 드라이버 모듈에 애플리케이션 I/O 정보를 입력하도록 도와주는 인터페이스 라이브러리

• VirtIO-trace의 옵션을 설정하고, 수집한 정보를 가공하는 유저 레벨 애플리케이션

  • VirtIO controller, VirtIO Analyzer

기존과의 차별점

• 인터페이스 라이브러리를 통해 QEMU에서 호스트 커널의 VirtIO-trace 디바이스 드라이버로 I/O 처리부의 동작에 따른 로그 입력 가능

• scatter/gather 명령시에 사용되는 PRP 정보 획득 가능

• 원하는 경우 데이터 무결성 검사를 위한 유저 데이터 획득 가능

• 로그 분석 도움을 위한 message 입력 가능

• 편의를 위한 분석 도구 제공

  • 기본적으로 IO size, IO latency, IO 처리 상황, Queue access rate 분석 제공

장점 및 아쉬운점

장점

• QEMU의 IO 처리 루틴과 Host 커널의 IO 간에 동기화를 기존보다 쉽게 할 수 있음

• PRP가 사용될 경우 해당 PRP 정보 획득 가능

아쉬운점

• QEMU의 IO 처리부와 동기화만 진행하므로, VM 커널과 QEMU와의 동기화가 제대로 되지 않음

• 당연하지만 호스트 커널 및 QEMU 커널 모두 수정이 불가피함

• 기존 시스템에서 획득 가능한 정보들을 단순 취합하는 수준에 불가함