Gestion de données persistantes efficace pour des serveurs hybrides avec mémoire non-volatile

Efficient persistent data management for hybrid Non-Volatile Memory servers

• Auteur / Autrice : Ana Khorguani
• Direction : Noël De Palma, Thomas Ropars
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 29/11/2023
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, sciences et technologies de l'information, informatique (Grenoble, Isère, France ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'informatique de Grenoble (Isère, France ; 2007-....)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Équipe de recherche Efficient and robust distributed systems (Grenoble ; 2020-2024)
• Jury : Président / Présidente : Sihem Amer-Yahia
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Daniel Hagimont, Yves Denneulin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Pascal Felber, Gaël Thomas
• DOI : 10.70675/04f88989zd74fz4912zac5az5aa3f250f3be

Mots clés

Mots clés contrôlés

Tolérance aux fautes (informatique)

Mots clés libres

Mémoire non volatile

Cloud computing

Système d'exploitation

Tolérance aux pannes

Failure Management

Operating System

Cloud Computing

Non volatile memory

Résumé

Les technologies de mémoire non-volatile (NVMM) offrent une excellente opportunité pour créer des programmes rapides et tolérants aux fautes, car elles fournissent un stockage persistant utilisable comme mémoire principale. Cependant, puisque les caches du processeur restent volatiles, des solutions sont nécessaires pour récupérer un état cohérent à partir de la NVMM après un crash. Dans cette thèse, nous proposons des techniques de sauvegarde de points de reprise en NVMM afin de rendre les programmes multi-threads tolérants aux fautes. Nous nous concentrons principalement sur l'optimisation des performances en fonctionnement normal et étudions des solutions qui écrivent périodiquement les structures de données persistantes dans la NVMM.Notre premier travail, ResPCT, se concentre sur une architecture mémoire où une seule copie des données est enregistrée directement dans la NVMM. ResPCT utilise la journalisation In-Cache-Line pour suivre efficacement les modifications pendant l'exécution du programme et pour restaurer un état cohérent après un crash. L'API ResPCT permet aux programmeurs de positionner des points de redémarrage dans leur programme, ce qui simplifie l'identification de l'état du programme persistant et peut également contribuer à améliorer les performances. Des expériences menées avec des benchmarks et des applications représentatives montrent que ResPCT surpasse les solutions de l'état de l'art.L'évaluation de ResPCT montre que s'appuyer sur une seule copie des données en NVMM peut limiter les performances. Par conséquent, dans la deuxième partie de notre étude, nous examinons une approche alternative qui intègre la DRAM dans l'architecture mémoire. Le système proposé implique de maintenir une copie de travail des données dans la DRAM, ce qui permet au programme de fonctionner sur cette copie plutôt que sur la version plus lente stockée dans la NVMM. Dans ce travail, nous comparons plusieurs techniques d'écriture des données de la DRAM vers la NVMM lors de la sauvegarde d'un point de reprise. Nos résultats montrent que même si certaines techniques présentent des avantages par rapport aux autres, le choix de la méthode la plus adaptée pour transférer les modifications de la DRAM vers la NVMM dépend des caractéristiques spécifiques des applications.

Non-volatile memory (NVMM) technologies are a great opportunity to build fast fault-tolerant programs, as they provide persistent storage in main memory. However, since the processor caches remain volatile, solutions are needed to recover a consistent state from NVMM after a crash. In this thesis, we propose fast checkpointing approaches in NVMM to make multi-threaded programs fault tolerant. We focus on achieving high failure-free performance by flushing persistent data structures to NVMM periodically.Our first work, ResPCT, considers a memory architecture where a single copy of the data is saved directly in NVMM. ResPCT uses In-Cache-Line logging to efficiently track modifications during failure-free execution, and to restore a consistent state after a crash. The ResPCT API enables programmers to position restart points in their program, which simplifies the identification of the persistent program state and can also help improving performance. Experiments with representative benchmarks and applications, show that ResPCT outperforms state-of-the-art solutions.Our evaluation of ResPCT shows that relying on a single copy of the data in NVMM can limit performance. Therefore, in the second part of our study, we consider an alternative approach that integrates DRAM into the memory architecture. The proposed system involves maintaining a working copy of the data in DRAM, enabling the program to operate on this copy rather than on the slower version stored in NVMM. In this work, we compare several techniques to write data from DRAM to NVMM during checkpoints. Our results show that even though some techniques have advantages over others, choosing the most suitable method for transferring modifications from DRAM to NVMM depends on the specific characteristics of the applications.