Fine-grained Policy-driven I/O Sharing for Burst Buffers

计算机科学 安全性令牌 共享资源 吞吐量 分布式计算 切片 虚拟机之间的时间隔离 计算机网络 操作系统 云计算 万维网 虚拟化 无线
作者
Ed Karrels,Lei Huang,Y. M. Kan,Inderpreet Arora,Yinzhi Wang,Daniel S. Katz,William Gropp,Zhao Zhang
标识
DOI:10.1145/3581784.3607041
摘要

A burst buffer is a common method to bridge the performance gap between the I/O needs of modern supercomputing applications and the performance of the shared file system on large-scale supercomputers. However, existing I/O sharing methods require resource isolation, offline profiling, or repeated execution that significantly limit the utilization and applicability of these systems. Here we present ThemisIO, a policy-driven I/O sharing framework for a remote-shared burst buffer: a dedicated group of I/O nodes, each with a local storage device. ThemisIO preserves high utilization by implementing opportunity fairness so that it can reallocate unused I/O resources to other applications. ThemisIO accurately and efficiently allocates I/O cycles among applications, purely based on real-time I/O behavior without requiring user-supplied information or offline-profiled application characteristics. ThemisIO supports a variety of fair sharing policies, such as user-fair, size-fair, as well as composite policies, e.g., group-then-user-fair. All these features are enabled by its statistical token design. ThemisIO can alter the execution order of incoming I/O requests based on assigned tokens to precisely balance I/O cycles between applications via time slicing, thereby enforcing processing isolation. Experiments using I/O benchmarks show that ThemisIO sustains 13.5--13.7% higher I/O throughput and 19.5--40.4% lower performance variation than existing algorithms. For real applications, ThemisIO significantly reduces the slowdown by 59.1--99.8% caused by I/O interference.

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