KR20230071381A - Scheduling method and apparatus of i/o process - Google Patents
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Abstract
Description
아래 개시는 I/O 프로세스의 스케줄링 방법 및 장치에 관한 것이다.The disclosure below relates to a method and apparatus for scheduling an I/O process.
초고성능컴퓨팅, 인공지능, 빅데이터를 위한 컴퓨터 시스템에서 처리하는 파일의 크기는 지속적으로 증가하고 있으며 해당 파일들을 여러 응용 프로세스가 동시에 접근하는 상황 또한 흔하게 발생하고 있다. 예를 들어, 과학 실험 데이터는 다양한 프로젝트 간에 공유되며 각 분야에 적합한 방식으로 병렬 처리되고 있다. 또한 동일한 파일들에 대해서 여러 인공지능 모델을 동시에 학습시키는 경우도 등장하고 있다.The size of files processed by computer systems for ultra-high-performance computing, artificial intelligence, and big data is constantly increasing, and it is also common for multiple application processes to access the files simultaneously. For example, scientific experiment data is being shared between various projects and parallelized in ways appropriate to each discipline. In addition, there are cases in which several artificial intelligence models are simultaneously trained on the same files.
리눅스는 주로 서버 및 중대형 컴퓨터에서 쓰이는 유닉스를 일반 사용자들도 손쉽게 사용할 수 있도록 한 운영 체제이다. 리눅스는 각종 주변기기에 따라 혹은 사용하는 시스템의 특성에 맞게 소스를 변경할 수 있어 다양한 변종이 출현하고 있다.Linux is an operating system that allows ordinary users to easily use Unix, which is mainly used in servers and medium-large computers. Linux can change the source according to various peripheral devices or the characteristics of the system in use, so various variants are appearing.
실시예에 따르면 I/O 프로세스가 잠들었다 깨어나는 동작을 최소화함으로써 전체 문맥교환 횟수를 감소시키는 I/O 프로세스 스케쥴링 기술을 제공할 수 있다.According to the embodiment, it is possible to provide an I/O process scheduling technique that reduces the total number of context switches by minimizing an operation in which an I/O process sleeps and wakes up.
다만, 기술적 과제는 상술한 기술적 과제들로 한정되는 것은 아니며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.However, the technical challenges are not limited to the above-described technical challenges, and other technical challenges may exist.
일 실시예에 따른 컴퓨터 시스템에서 I/O(input/output) 프로세스를 스케줄링하는 방법은, I/O 프로세스를 통해 저장 장치에 저장된 페이지에 대해 읽기 요청하는 동작과 읽기 요청한 페이지 중에서 가장 낮은 인덱스를 갖는 페이지의 대기 큐로 상기 I/O 프로세스를 전이하는 동작과 상기 읽기 요청에 대응하여 상기 저장장치가 전송한 페이지를 수신하는 동작과 수신한 페이지와 상기 읽기 요청한 페이지를 비교하여 상기 I/O 프로세스의 상태를 결정하는 동작을 포함할 수 있다.A method of scheduling an input/output (I/O) process in a computer system according to an embodiment includes an operation of requesting a read of a page stored in a storage device through the I/O process and a page having the lowest index among the requested pages. The operation of transitioning the I/O process to the waiting queue for the page, the operation of receiving the page transmitted by the storage device in response to the read request, and the status of the I/O process by comparing the received page with the page requested to read. It may include an operation to determine.
상기 I/O 프로세스의 상태를 결정하는 동작은, 상기 수신한 페이지가 상기 읽기 요청한 페이지와 동일하지 않은 경우 상기 저장장치가 전송하지 않은 페이지 중 가장 낮은 인덱스를 갖는 페이지의 대기 큐로 상기 I/O 프로세스를 전이하는 동작을 포함할 수 있다.The operation of determining the state of the I/O process may include, when the received page is not the same as the read-requested page, the I/O process moves the I/O process to the waiting queue of a page having the lowest index among pages not transmitted by the storage device. It may include an operation of transitioning.
상기 I/O 프로세스의 상태를 결정하는 동작은, 상기 수신한 페이지가 상기 읽기 요청한 페이지와 동일한 경우 상기 I/O 프로세스를 준비 상태로 전환하는 동작을 포함할 수 있다.The operation of determining the state of the I/O process may include switching the I/O process to a ready state when the received page is the same as the read-requested page.
상기 I/O 프로세스의 상태를 결정하는 동작은, 상기 수신한 페이지의 수가 임계 값 이상인 경우 상기 I/O 프로세스를 준비 상태로 전환하는 동작을 포함할 수 있다.The determining of the state of the I/O process may include switching the I/O process to a ready state when the number of received pages is greater than or equal to a threshold value.
상기 수신한 페이지는, 파편화된 읽기 요청에 대응하여 상기 저장장치가 전송한 페이지인 것일 수 있다.The received page may be a page transmitted by the storage device in response to a fragmented read request.
일 실시예에 따른 I/O 프로세스 스케쥴링 장치는, 하나 이상의 인스트럭션을 저장하는 메모리와 상기 인스트럭션을 실행시키기 위한 프로세서를 포함하고, 상기 인스트럭션이 실행될 때, 상기 프로세서는, I/O 프로세스를 통해 상기 저장 장치에 저장된 페이지의 읽기를 요청하고, 읽기 요청한 페이지 중에서 가장 낮은 인덱스를 갖는 페이지의 대기 큐로 상기 I/O 프로세스를 전이하고, 읽기 요청에 대응하여 상기 저장장치가 전송한 페이지를 수신하고, 수신한 페이지와 상기 읽기 요청한 페이지를 비교하여 상기 I/O 프로세스의 상태를 결정할 수 있다.An I/O process scheduling apparatus according to an embodiment includes a memory for storing one or more instructions and a processor for executing the instruction, and when the instruction is executed, the processor performs the storage through an I/O process. A read request for a page stored in a device is requested, the I/O process is transferred to a wait queue for a page having the lowest index among pages requested for reading, and a page transmitted by the storage device is received in response to the read request. The state of the I/O process may be determined by comparing the page with the page requested to be read.
상기 프로세서는, 상기 수신한 페이지가 상기 읽기 요청한 페이지와 동일하지 않은 경우 상기 저장장치가 전송하지 않은 페이지 중 가장 낮은 인덱스를 갖는 페이지의 대기 큐로 상기 I/O 프로세스를 전이할 수 있다.If the received page is not the same as the read-requested page, the processor may transfer the I/O process to a waiting queue for a page having the lowest index among pages not transmitted by the storage device.
상기 프로세서는, 상기 수신한 페이지가 상기 읽기 요청한 페이지와 동일한 경우 상기 I/O 프로세스를 준비 상태로 전환할 수 있다.The processor may switch the I/O process to a ready state when the received page is the same as the read-requested page.
상기 프로세서는, 상기 수신한 페이지의 수가 임계 값 이상인 경우 상기 I/O 프로세스를 준비 상태로 전환할 수 있다.The processor may switch the I/O process to a ready state when the number of received pages is greater than or equal to a threshold value.
상기 수신한 페이지는, 파편화된 읽기 요청에 대응하여 상기 저장장치가 전송한 페이지인 것일 수 있다.The received page may be a page transmitted by the storage device in response to a fragmented read request.
도 1은 일 실시예에 따른 I/O 프로세스 스케줄링 장치의 간략한 블록도를 나타낸다.
도 2는 리눅스의 I/O 프로세스를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 I/O 프로세스 스케쥴링 방법의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 파편화된 읽기 요청을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 I/O 프로세스 스케줄링 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 I/O 프로세스 스케줄링 방법의 효과를 설명하기 위한 도면이다.1 shows a simplified block diagram of an I/O process scheduling device according to one embodiment.
2 is a diagram for explaining an I/O process of Linux.
3 is a diagram for explaining an example of an I/O process scheduling method.
4 is a diagram for explaining a fragmented read request.
5 is a diagram for explaining an I/O process scheduling method according to an exemplary embodiment.
6 is a diagram for explaining an effect of an I/O process scheduling method according to an embodiment.
실시예들에 대한 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 예시를 위한 목적으로 개시된 것으로서, 다양한 형태로 변경되어 구현될 수 있다. 따라서, 실제 구현되는 형태는 개시된 특정 실시예로만 한정되는 것이 아니며, 본 명세서의 범위는 실시예들로 설명한 기술적 사상에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.Specific structural or functional descriptions of the embodiments are disclosed for illustrative purposes only, and may be changed and implemented in various forms. Therefore, the form actually implemented is not limited only to the specific embodiments disclosed, and the scope of the present specification includes changes, equivalents, or substitutes included in the technical idea described in the embodiments.
제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이런 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 해석되어야 한다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.Although terms such as first or second may be used to describe various components, such terms should only be construed for the purpose of distinguishing one component from another. For example, a first element may be termed a second element, and similarly, a second element may be termed a first element.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.It should be understood that when an element is referred to as being “connected” to another element, it may be directly connected or connected to the other element, but other elements may exist in the middle.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설명된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate that the described feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof exists, but one or more other features or numbers, It should be understood that the presence or addition of steps, operations, components, parts, or combinations thereof is not precluded.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and unless explicitly defined in this specification, it should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning. don't
이하, 실시예들을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조 부호를 부여하고, 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description with reference to the accompanying drawings, the same reference numerals are given to the same components regardless of reference numerals, and overlapping descriptions thereof will be omitted.
도 1은 일 실시예에 따른 I/O 프로세스 스케줄링 장치의 간략한 블록도를 나타낸다.1 shows a simplified block diagram of an I/O process scheduling device according to one embodiment.
리눅스 시스템은 다수의 프로세스가 중첩되는 파일 영역에 대해서 대용량 읽기 요청을 동시에 하는 경우, 요청한 데이터가 다 준비되지 않았음에도 불구하고 I/O 대기(Blocked) 상태의 프로세스를 준비(Ready) 상태로 전환하는 문제점을 내포하고 있다. 그 결과 리눅스 시스템에서 불필요한 문맥 교환이 발생하여 CPU 집중적인 프로세스의 성능이 저하될 수 있다.In the Linux system, when a large number of processes concurrently request large-capacity reads for overlapping file areas, even though the requested data is not ready, the process in the I/O waiting state (Blocked) is switched to the Ready state. contains problems. As a result, unnecessary context switching may occur in Linux systems, which may degrade the performance of CPU-intensive processes.
I/O 프로세스 스케줄링 장치(100)는 I/O 프로세스의 과도한 상태 전환을 억제하기 위한 스케줄링을 수행할 수 있다. I/O 프로세스 스케줄링 장치(100)는 읽기 요청한 데이터가 모두 도착하지 않은 경우, I/O 프로세스를 준비 상태로 전환하는 것을 제한할 수 있다.The I/O process scheduling apparatus 100 may perform scheduling to suppress excessive state transitions of the I/O process. The I/O process scheduling device 100 may restrict transitioning the I/O process to a ready state when all data requested for reading has not arrived.
I/O 프로세스 스케줄링 장치(100)는 불필요하게 I/O 프로세스가 잠들었다 깨어나는 동작을 최소화함으로써 전체 문맥교환 횟수를 감소시킬 수 있다.The I/O process scheduling apparatus 100 can reduce the total number of context switches by minimizing an operation in which an I/O process sleeps and wakes up unnecessarily.
I/O 프로세스 스케줄링 장치(100)는 프로세스가 저장장치(150)에 읽기 요청한 페이지와 메모리(110)로 수신한 페이지를 비교하여 I/O 프로세스의 상태를 결정할 수 있다. 구체적으로, I/O 프로세스 스케줄링 장치(100)는 읽기 요청한 페이지와 수신한 페이지가 동일하지 않은 경우 수신하지 못한 페이지 중 가장 낮은 인덱스를 갖는 페이지의 대기 큐로 I/O 프로세스를 전이하고, 읽기 요청한 페이지와 수신한 페이지가 동일한 경우에 I/O 프로세스를 준비 상태로 전환함으로써, 불필요한 문맥 교환을 감소시킬 수 있다.The I/O process scheduling apparatus 100 may determine the status of the I/O process by comparing a page requested by the process to read from the
I/O 프로세스 스케줄링 장치(100)는 수신한 페이지의 수가 임계 값 이상인 경우 I/O 프로세스를 준비 상태로 전환하도록 함으로써 데이터 복사가 지연되는 것을 막을 수도 있다.The I/O process scheduling apparatus 100 may prevent data copy from being delayed by switching the I/O process to a ready state when the number of received pages is greater than or equal to a threshold value.
I/O 프로세스 스케줄링 장치(100)는 같이 실행되고 있는 다른 프로세스들에게 더 많은 CPU자원이 할당되게 할 수 있다.The I/O process scheduling device 100 may allow more CPU resources to be allocated to other processes that are concurrently running.
I/O 프로세스 스케줄링 장치(100)는 메모리(110), 프로세서(130), 및 저장장치(150)를 포함할 수 있다.The I/O process scheduling device 100 may include a
메모리(110)는 휘발성 메모리 장치 또는 불휘발성 메모리 장치로 구현될 수 있다.The
휘발성 메모리 장치는 DRAM(dynamic random access memory), SRAM(static random access memory), T-RAM(thyristor RAM), Z-RAM(zero capacitor RAM), 또는 TTRAM(Twin Transistor RAM)으로 구현될 수 있다.The volatile memory device may be implemented as dynamic random access memory (DRAM), static random access memory (SRAM), thyristor RAM (T-RAM), zero capacitor RAM (Z-RAM), or twin transistor RAM (TTRAM).
불휘발성 메모리 장치는 EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), 플래시(flash) 메모리, MRAM(Magnetic RAM), 스핀전달토크 MRAM(Spin-Transfer Torque(STT)-MRAM), Conductive Bridging RAM(CBRAM), FeRAM(Ferroelectric RAM), PRAM(Phase change RAM), 저항 메모리(Resistive RAM(RRAM)), 나노 튜브 RRAM(Nanotube RRAM), 폴리머 RAM(Polymer RAM(PoRAM)), 나노 부유 게이트 메모리(Nano Floating Gate Memory(NFGM)), 홀로그래픽 메모리(holographic memory), 분자 전자 메모리 소자(Molecular Electronic Memory Device), 또는 절연 저항 변화 메모리(Insulator Resistance Change Memory)로 구현될 수 있다.Non-volatile memory devices include electrically erasable programmable read-only memory (EEPROM), flash memory, magnetic RAM (MRAM), spin-transfer torque (STT)-MRAM (conductive bridging RAM), and conductive bridging RAM (CBRAM). , FeRAM (Ferroelectric RAM), PRAM (Phase change RAM), Resistive RAM (RRAM), Nanotube RRAM (Polymer RAM (PoRAM)), Nano Floating Gate Memory Memory (NFGM)), holographic memory, molecular electronic memory device (Molecular Electronic Memory Device), or Insulator Resistance Change Memory.
메모리(110)는 저장 장치(150)에 저장된 페이지들을 수신하기 위한 페이지 캐쉬를 포함할 수 있다.The
프로세서(130)는 메모리(110)에 저장된 컴퓨터로 읽을 수 있는 코드(예: 소프트웨어) 및 프로세서(130)에 의해 유발된 인스트럭션(instruction)들을 실행할 수 있다.The
프로세서(130)는 목적하는 동작들(desired operations)을 실행시키기 위한 물리적인 구조를 갖는 회로를 가지는 하드웨어로 구현된 데이터 처리 장치일 수 있다. 예를 들어, 목적하는 동작들은 프로그램에 포함된 코드(code) 또는 인스트럭션들을 포함할 수 있다.The
예를 들어, 하드웨어로 구현된 데이터 처리 장치는 마이크로프로세서(microprocessor), 중앙 처리 장치(central processing unit), 프로세서 코어(processor core), 멀티-코어 프로세서(multi-core processor), 멀티프로세서(multiprocessor), ASIC(Application-Specific Integrated Circuit), FPGA(Field Programmable Gate Array)를 포함할 수 있다.For example, a data processing unit implemented in hardware includes a microprocessor, a central processing unit, a processor core, a multi-core processor, and a multiprocessor. , Application-Specific Integrated Circuit (ASIC), and Field Programmable Gate Array (FPGA).
프로세서(130)는 I/O 프로세스를 통해 저장 장치(예: 블록 장치)(150)에 저장된 페이지에 대해 읽기 요청할 수 있다.The
프로세서(130)는 읽기 요청한 페이지 중에서 가장 낮은 인덱스를 갖는 페이지의 대기 큐로 I/O 프로세스를 전이할 수 있다.The
프로세서(130)는 읽기 요청에 대응하여 저장장치(예: 블록 장치)(150)가 전송한 페이지를 수신할 수 있다(또는, 프로세서(130)는 저장장치(150)로부터 페이지를 읽어올 수 있다.).The
프로세서(130)는 수신한 페이지와 읽기 요청한 페이지를 비교하여 I/O 프로세스의 상태를 결정할 수 있다.The
예를 들어, 프로세서(130)는 수신한 페이지가 읽기 요청한 페이지와 동일하지 않은 경우 저장장치(150)가 전송하지 않은(또는, 저장장치(150)로부터 읽어 오지 않은) 페이지 중 가장 낮은 인덱스를 갖는 페이지의 대기 큐로 I/O 프로세스를 전이할 수 있다. 이 때, 수신한 페이지는 파편화된 읽기 요청에 대응하여 저장장치(150)가 전송한(저장장치(150)로부터 읽어온) 페이지일 수 있다.For example, if the received page is not the same as the read-requested page, the
또한, 프로세서(130)는 수신한 페이지가 읽기 요청한 페이지와 동일한 경우 I/O 프로세스를 준비 상태로 전환함으로써 불필요한 문맥 교환을 감소시킬 수 있다.Also, when the received page is the same as the read-requested page, the
프로세서(130)는 수신한 페이지의 수가 임계 값 이상인 경우 I/O 프로세스를 준비 상태로 전환함으로써 데이터 복사가 지연되는 것을 막을 수도 있다.When the number of received pages is greater than or equal to a threshold value, the
저장장치(150)는 정보를 저장하기 위한 물리적인 구조를 갖는 회로를 가지는 하드웨어로 구현된 데이터 처리 장치일 수 있다. 저장장치(150)는 SSD(Solid State Drive), HDD(Hard Disk Drive), NVME 등으로 구현될 수 있다.The
저장장치(150)는 페이지를 저장하고 있을 수 있다. 저장장치(150)는 I/O프로세스를 통해 요청한 페이지를 메모리(110)에 존재하는 페이지 캐쉬로 전송하는 작업을 진행할 수 있다. 이하에서는 리눅스 시스템의 I/O 프로세스를 설명하도록 한다.The
도 2는 리눅스의 I/O 프로세스를 설명하기 위한 도면이다.2 is a diagram for explaining an I/O process of Linux.
리눅스 시스템에서 I/O 프로세스를 수행할 때 페이지 캐시(page cache)(200)로 데이터를 로드할 수 있다.When performing an I/O process in a Linux system, data may be loaded into the
리눅스 시스템은 미리 읽기(Readahead)를 통해 사용자가 읽기 요청한 데이터 외에 향후에 요청될 것으로 예상되는 데이터를 페이지 캐시(200)에 미리 읽어 올 수 있다.The Linux system can read in advance data expected to be requested in the future, in addition to the data requested by the user, to the
리눅스 시스템은 미리 읽기 윈도우(Readahead Window)(210)와, 비동기 미리 읽기 요청(Async)(220)을 통해서 미리 읽을 데이터의 양을 조절할 수 있다. 비동기 미리 읽기 요청(220)의 크기는 사용자가 요청한 데이터 외에 추가적으로 읽어올 데이터의 크기이고, 미리 읽기 윈도우(210)의 크기는 사용자가 요청한 데이터와 추가적으로 읽어올 데이터의 합으로 실제로 저장장치(150)에 요청하는 크기일 수 있다.The Linux system can adjust the amount of data to be read in advance through a read ahead
리눅스 시스템은 미리 읽기(Readahead)로 미리 읽은 페이지의 첫번째 페이지가 사용자에 의해 읽히는 경우 사용자의 파일 접근 패턴이 순차적 읽기라고 판단하고 비동기 미리 읽기 요청(220)의 크기를 증가시킬 수 있다. 리눅스 시스템은 비동기 미리 읽기 요청(220)의 첫 페이지(221)에는 플래그를 설정하고, 플래그가 설정된 첫 페이지(221)가 읽히는 경우 비동기 미리 읽기 요청(220)의 크기를 증가시킬 수 있다.When the user reads the first page of pages read ahead by readahead, the Linux system may determine that the user's file access pattern is sequential read and increase the size of the
또한, 리눅스 시스템은 사용자의 파일 접근 패턴이 순차적 읽기가 아니라고 판단한다면 비동기 미리 읽기 요청(220)의 크기를 감소시킬 수 있다.In addition, the Linux system may reduce the size of the asynchronous read-
이하에서는 도 3을 참조하여 리눅스 시스템에서 이용되는 종래의 I/O 프로세스 스케줄링 방법을 설명하도록 한다.Hereinafter, a conventional I/O process scheduling method used in a Linux system will be described with reference to FIG. 3 .
도 3은 I/O 프로세스 스케쥴링 방법의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.3 is a diagram for explaining an example of an I/O process scheduling method.
리눅스 시스템은 페이지 캐시(pagecache)(310), 수신한 페이지(320), 실행 큐(run queue)(330), 프로세스(351 ~ 355)에 기초하여 I/O 프로세스 스케줄링을 수행할 수 있다.The Linux system may perform I/O process scheduling based on a
도 3A를 참조하면, 리눅스 시스템은 I/O 프로세스(351 ~ 353)를 통해 저장장치(150)에 저장된 6개 페이지에 대해 읽기 요청하고, 읽기 요청한 페이지 중에서 가장 낮은 인덱스를 갖는 페이지의 대기 큐로 I/O 프로세스(351 ~ 353)를 전이할 수 있다. 대기 큐로 들어간 I/O 프로세스(351 ~ 353)는 대기 상태일 수 있다.Referring to FIG. 3A, the Linux system makes a read request for six pages stored in the
도 3B를 참조하면, 리눅스 시스템은 페이지 캐시(311, 312)에 페이지(321, 322)를 수신하여 대기 상태에 있던 I/O 프로세스(351 ~ 353)를 깨워 실행 큐(330)로 전이할 수 있다. 실행 큐(330)로 전이된 I/O 프로세스(351 ~ 353)는 준비 상태로 전환된 상태일 수 있다.Referring to FIG. 3B, the Linux system may receive
도 3C를 참조하면, 리눅스 시스템은 프로세스(355)와 I/O 프로세스(351 ~ 353)의 순서를 교환하여 I/O 프로세스(351 ~ 353)를 실행 상태로 전환할 수 있다. 리눅스 시스템은 실행 상태인 I/O 프로세스(351 ~ 353)에 기초하여 페이지 캐시(311, 312)에 도착한 페이지(321, 322)들을 버퍼로 복사할 수 있다.Referring to FIG. 3C , the Linux system may switch the I/O processes 351 to 353 to the running state by exchanging the order of the
도 3D를 참조하면, 리눅스 시스템은 I/O 프로세스(351 ~ 353)를 통해 읽기 요청한 페이지 중 도착하지 않은 페이지가 존재하는 경우 도착하지 않은 페이지 중 가장 낮은 인덱스를 갖는 페이지의 대기 큐로 I/O 프로세스(351 ~ 353)를 전이할 수 있다. 대기 큐로 들어간 I/O 프로세스(351 ~ 353)는 대기 상태로 전환된 상태일 수 있다.Referring to FIG. 3D, when a page that has not arrived among pages requested to be read through the I/O processes 351 to 353 exists, the Linux system transfers the page having the lowest index among the pages that have not arrived to the wait queue for the I/O process. (351 ~ 353) can be transferred. The I/O processes 351 to 353 that have entered the wait queue may be switched to a wait state.
통상적으로는 읽기 요청한 페이지가 모두 도착한 경우에 I/O 프로세스를 깨우는 동작이 발생한다. 하지만 읽기 요청이 파편화되는 경우 전술한 것과 같이 일부 페이지만 도착하더라도 I/O 프로세스를 깨우는 동작이 발생할 수도 있다. 이하에서는 읽기 요청이 파편화되는 동작을 설명하도록 한다.Normally, an operation to wake up the I/O process occurs when all pages requested for reading have arrived. However, if read requests are fragmented, as described above, an operation to wake up the I/O process may occur even if only some pages arrive. Hereinafter, an operation in which a read request is fragmented will be described.
도 4는 파편화된 읽기 요청을 설명하기 위한 도면이다.4 is a diagram for explaining a fragmented read request.
도 4A를 참조하면, 읽기 요청(410)한 페이지의 수가 1024를 넘어가는 경우, 읽기 요청(410)이 제1 읽기 요청(411), 제2 읽기 요청(412), 및 제3 읽기 요청(413)으로 파편화될 수 있다. 제1 읽기 요청(411), 제2 읽기 요청(412), 및 제3 읽기 요청(413)의 페이지 수는 1024를 넘지 않을 수 있다.Referring to FIG. 4A , when the number of pages of a read
도 4B를 참조하면, 읽기 요청(420)한 페이지들 중에서 이미 읽어온 페이지(428, 429)가 있는 경우, 이미 읽어온 페이지(428, 429)를 기점으로 읽기 요청(420)이 제1 읽기 요청(421), 제2 읽기 요청(422), 및 제3 읽기 요청(423)으로 파편화될 수 있다.Referring to FIG. 4B , if there are
도 4C를 참조하면, 복수의 프로세스(P1, P2)가 하나의 페이지에 대하여 읽기 요청한 경우, 읽기 요청(440)은 제1 읽기 요청(441), 제2 읽기 요청(442), 제3 읽기 요청(443), 및 제4 읽기 요청(444)으로 파편화될 수 있다.Referring to FIG. 4C , when a plurality of processes P1 and P2 request to read one page, the read request 440 includes a first read request 441, a second read request 442, and a third read request. (443), and a fourth read request (444).
리눅스 시스템은 파편화된 읽기 요청에 기초하여 일부 페이지만 도착하더라도 I/O 프로세스를 깨우는 동작을 수행할 수 있고, 이는 CPU 자원 할당에 악영향을 끼칠 수 있다. 이하에서는 I/O 프로세스가 잠들었다 깨어나는 동작을 최소화함으로써 전체 문맥교환 횟수를 감소시키는 방법에 대하여 설명하도록 한다.The Linux system may perform an operation to wake up the I/O process even if only some pages arrive based on fragmented read requests, which may adversely affect CPU resource allocation. Hereinafter, a method of reducing the total number of context switches by minimizing an I/O process sleeping and waking operation will be described.
도 5는 일 실시예에 따른 I/O 프로세스 스케줄링 방법을 설명하기 위한 도면이다.5 is a diagram for explaining an I/O process scheduling method according to an exemplary embodiment.
도 5A를 참조하면, I/O 프로세스 스케줄링 장치(도 1의 I/O 프로세스 스케줄링 장치(100))는I/O 프로세스(501, 502)를 통해 저장 장치(150)에 저장된 8개 페이지에 대해 읽기 요청하고, 읽기 요청한 페이지 중에서 가장 낮은 인덱스를 갖는 페이지의 대기 큐로 I/O 프로세스(501, 502)를 전이할 수 있다. 대기 큐로 들어간 I/O 프로세스(501, 502)는 대기 상태일 수 있다.Referring to FIG. 5A, the I/O process scheduling device (the I/O process scheduling device 100 of FIG. 1) is configured for eight pages stored in the
도 5B를 참조하면, I/O 프로세스 스케줄링 장치(100)는 페이지 캐시(511, 512)에 페이지(521, 522)를 수신하여 페이지 캐시(510)에 읽기 요청한 페이지가 모두 도착했는지를 확인할 수 있다.Referring to FIG. 5B , the I/O process scheduling apparatus 100 receives
도 5C를 참조하면, I/O 프로세스 스케줄링 장치(100)는 수신하지 않은 페이지 중 가장 낮은 인덱스를 갖는 페이지(513)의 대기 큐로 I/O 프로세스(501, 502)를 전이할 수 있다.Referring to FIG. 5C , the I/O process scheduling apparatus 100 may transfer I/O processes 501 and 502 to the waiting queue of the
또한, I/O 프로세스 스케줄링 장치(100)는 수신한 페이지의 수가 임계 값 이상인 경우 I/O 프로세스를 준비 상태로 전이하도록 함으로써 데이터 복사가 지연되는 것을 막을 수도 있다.In addition, the I/O process scheduling apparatus 100 may prevent data copy from being delayed by making the I/O process transition to a ready state when the number of received pages is greater than or equal to a threshold value.
도 6은 일 실시예에 따른 I/O 프로세스 스케줄링 방법의 효과를 설명하기 위한 도면이다.6 is a diagram for explaining an effect of an I/O process scheduling method according to an embodiment.
도 6을 참조하면, 기존의 리눅스 시스템 및 I/O 프로세스 스케줄링 장치(도 1의 I/O 프로세스 스케줄링 장치(100))의 여덟 개의 스레드가 4 GB의 파일을 동시에 읽는 작업을 완료하는 동안 발생하는 문맥교환 횟수를 확인할 수 있다. I/O 프로세스 스케줄링 장치(100)는 문맥교환 발생 횟수를 최대 25% 절감할 수 있다. 또한 요청하는 페이지 수가 증가함에 따라, I/O 프로세스 스케줄링 장치(100)가 절감하는 문맥 교환 횟수 폭이 더 커질 수 있다.Referring to FIG. 6, while eight threads of an existing Linux system and an I/O process scheduling device (the I/O process scheduling device 100 of FIG. 1) complete a task of simultaneously reading a 4 GB file, You can check the number of context switches. The I/O process scheduling device 100 can reduce the number of context switches by up to 25%. Also, as the number of requested pages increases, the width of the number of context exchanges saved by the I/O process scheduling device 100 may increase.
I/O 프로세스 스케줄링 장치(100)는 I/O 프로세스가 잠들었다 깨어나는 동작을 최소화함으로써 전체 문맥교환 횟수를 감소시킬 수 있다.The I/O process scheduling apparatus 100 can reduce the total number of context switches by minimizing an I/O process sleeping and waking operation.
이상에서 설명된 실시예들은 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치, 방법 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(field programmable gate array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 컨트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.The embodiments described above may be implemented as hardware components, software components, and/or a combination of hardware components and software components. For example, the devices, methods and components described in the embodiments may include, for example, a processor, a controller, an arithmetic logic unit (ALU), a digital signal processor, a microcomputer, a field programmable gate (FPGA). array), programmable logic units (PLUs), microprocessors, or any other device capable of executing and responding to instructions. The processing device may execute an operating system (OS) and software applications running on the operating system. A processing device may also access, store, manipulate, process, and generate data in response to execution of software. For convenience of understanding, there are cases in which one processing device is used, but those skilled in the art will understand that the processing device includes a plurality of processing elements and/or a plurality of types of processing elements. It can be seen that it can include. For example, a processing device may include a plurality of processors or a processor and a controller. Other processing configurations are also possible, such as parallel processors.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.Software may include a computer program, code, instructions, or a combination of one or more of the foregoing, which configures a processing device to operate as desired or processes independently or collectively. You can command the device. Software and/or data may be any tangible machine, component, physical device, virtual equipment, computer storage medium or device, intended to be interpreted by or provide instructions or data to a processing device. , or may be permanently or temporarily embodied in a transmitted signal wave. Software may be distributed on networked computer systems and stored or executed in a distributed manner. Software and data may be stored on computer readable media.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 저장할 수 있으며 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.The method according to the embodiment may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded on a computer readable medium. A computer readable medium may store program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination, and program instructions recorded on the medium may be specially designed and configured for the embodiment or may be known and usable to those skilled in the art of computer software. there is. Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tapes, optical media such as CD-ROMs and DVDs, and magnetic media such as floptical disks. - includes hardware devices specially configured to store and execute program instructions, such as magneto-optical media, and ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter, as well as machine language codes such as those produced by a compiler.
위에서 설명한 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 또는 복수의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.The hardware device described above may be configured to operate as one or a plurality of software modules to perform the operations of the embodiments, and vice versa.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.As described above, although the embodiments have been described with limited drawings, those skilled in the art can apply various technical modifications and variations based on this. For example, the described techniques may be performed in an order different from the method described, and/or components of the described system, structure, device, circuit, etc. may be combined or combined in a different form than the method described, or other components may be used. Or even if it is replaced or substituted by equivalents, appropriate results can be achieved.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents of the claims are within the scope of the following claims.
Claims (10)
I/O 프로세스를 통해 저장장치에 저장된 페이지에 대해 읽기 요청하는 동작;
읽기 요청한 페이지 중에서 가장 낮은 인덱스를 갖는 페이지의 대기 큐로 상기 I/O 프로세스를 전이하는 동작;
상기 읽기 요청에 대응하여 상기 저장장치가 전송한 페이지를 수신하는 동작; 및
수신한 페이지와 상기 읽기 요청한 페이지를 비교하여 상기 I/O 프로세스의 상태를 결정하는 동작
을 포함하는, I/O 프로세스 스케줄링 방법.
A method for scheduling an input/output (I/O) process in a computer system,
Requesting a read of a page stored in a storage device through an I/O process;
transitioning the I/O process to a wait queue of a page having the lowest index among read-requested pages;
receiving a page transmitted from the storage device in response to the read request; and
An operation of determining the status of the I/O process by comparing the received page with the read-requested page.
Including, I / O process scheduling method.
상기 I/O 프로세스의 상태를 결정하는 동작은,
상기 수신한 페이지가 상기 읽기 요청한 페이지와 동일하지 않은 경우 상기 저장장치가 전송하지 않은 페이지 중 가장 낮은 인덱스를 갖는 페이지의 대기 큐로 상기 I/O 프로세스를 전이하는 동작
을 포함하는, I/O 프로세스 스케줄링 방법.
According to claim 1,
The operation of determining the state of the I / O process,
If the received page is not the same as the read-requested page, transitioning the I/O process to the waiting queue of a page having the lowest index among pages not transmitted by the storage device.
Including, I / O process scheduling method.
상기 I/O 프로세스의 상태를 결정하는 동작은,
상기 수신한 페이지가 상기 읽기 요청한 페이지와 동일한 경우 상기 I/O 프로세스를 준비 상태로 전환하는 동작
을 포함하는, I/O 프로세스 스케줄링 방법.
According to claim 1,
The operation of determining the state of the I / O process,
Switching the I/O process to a ready state when the received page is the same as the read-requested page
Including, I / O process scheduling method.
상기 I/O 프로세스의 상태를 결정하는 동작은,
상기 수신한 페이지의 수가 임계 값 이상인 경우 상기 I/O 프로세스를 준비 상태로 전환하는 동작
을 포함하는, I/O 프로세스 스케줄링 방법.
According to claim 1,
The operation of determining the state of the I / O process,
Transitioning the I/O process to a ready state when the number of received pages is greater than or equal to a threshold value
Including, I / O process scheduling method.
상기 수신한 페이지는,
파편화된 읽기 요청에 대응하여 상기 저장장치가 전송한 페이지인 것인,
I/O 프로세스 스케줄링 방법.
According to claim 2 or 4,
The received page is
A page transmitted by the storage device in response to a fragmented read request,
How to schedule I/O processes.
상기 인스트럭션을 실행시키기 위한 프로세서
를 포함하고,
상기 인스트럭션이 실행될 때, 상기 프로세서는,
I/O 프로세스를 통해 저장장치에 저장된 페이지의 읽기를 요청하고,
읽기 요청한 페이지 중에서 가장 낮은 인덱스를 갖는 페이지의 대기 큐로 상기 I/O 프로세스를 전이하고,
읽기 요청에 대응하여 상기 저장장치가 전송한 페이지를 수신하고,
수신한 페이지와 상기 읽기 요청한 페이지를 비교하여 상기 I/O 프로세스의 상태를 결정하는,
I/O 프로세스 스케줄링 장치.
a memory that stores one or more instructions; and
A processor to execute the instruction
including,
When the instruction is executed, the processor:
Requests to read the pages stored in the storage device through the I/O process,
Transferring the I/O process to the wait queue of the page having the lowest index among the read-requested pages;
Receiving a page transmitted by the storage device in response to a read request;
determining the state of the I/O process by comparing the received page with the read-requested page;
I/O process scheduling device.
상기 프로세서는,
상기 수신한 페이지가 상기 읽기 요청한 페이지와 동일하지 않은 경우 상기 저장장치가 전송하지 않은 페이지 중 가장 낮은 인덱스를 갖는 페이지의 대기 큐로 상기 I/O 프로세스를 전이하는,
I/O 프로세스 스케줄링 장치.
According to claim 6,
the processor,
Transitioning the I/O process to the wait queue of a page having the lowest index among pages not transmitted by the storage device when the received page is not the same as the read-requested page.
I/O process scheduling device.
상기 프로세서는,
상기 수신한 페이지가 상기 읽기 요청한 페이지와 동일한 경우 상기 I/O 프로세스를 준비 상태로 전환하는,
I/O 프로세스 스케줄링 장치.
According to claim 6,
the processor,
switching the I/O process to a ready state when the received page is the same as the read-requested page;
I/O process scheduling device.
상기 프로세서는,
상기 수신한 페이지의 수가 임계 값 이상인 경우 상기 I/O 프로세스를 준비 상태로 전환하는,
I/O 프로세스 스케줄링 장치.
According to claim 6,
the processor,
switching the I/O process to a ready state when the number of received pages is greater than or equal to a threshold value;
I/O process scheduling device.
상기 수신한 페이지는,
파편화된 읽기 요청에 대응하여 상기 저장장치가 전송한 페이지인 것인,
I/O 프로세스 스케줄링 장치.
The method of claim 7 or 9,
The received page is
A page transmitted by the storage device in response to a fragmented read request,
I/O process scheduling device.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
KR1020210157514A KR102621484B1 (en) | 2021-11-16 | 2021-11-16 | Scheduling method and apparatus of i/o process |
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KR1020210157514A KR102621484B1 (en) | 2021-11-16 | 2021-11-16 | Scheduling method and apparatus of i/o process |
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CN117891583A (en) * | 2024-03-15 | 2024-04-16 | 北京卡普拉科技有限公司 | Process scheduling method, device and equipment for asynchronous parallel I/O request |
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- 2021-11-16 KR KR1020210157514A patent/KR102621484B1/en active IP Right Grant
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