Prof. Dr. Frank Bellosa
Lukas Werling

Kurzfassung
Moderne Dateisysteme benötigen vermehrt Rechenleistung, auch weil die Performance der darunterliegenden Speichertechnologien gestiegen ist. Intel Optane zeigt dabei in schreiblastigen Anwendungsfällen eine besonders hohe CPU-Auslastung. Das Problem sind die synchronen Schreibzugriffe und die relativ geringe Schreibbandbreite von Intel Optane. Sobald diese Bandbreite erreicht ist, fangen die Kerne an zu stallen. Als Lösung für dieses Problem schlagen wir GPU4FS vor, ein neuartiges GPU-beschleunigtes Dateisystem im Userspace. GPU4FS ist besonders für Intel Optane als der wichtigste Typ von nichtvolatilem Speicher gedacht. GPU4FS übernimmt alle Dateisystemverwaltungsaufgaben von der CPU, einschließlich der Schreiboperationen auf die Optane-DIMMs. Die CPU muss ihre Anfragen nur noch in einen geteilten Kommandopuffer einfügen.
Unser Prototyp erreicht ähnliche Bandbreiten wie bei CPU-seitigen Zugriffen auf Optane durch fio und durch sequentielles schreiben auf DAX-EXT4. Dabei lasten die CPU-seitigen Dateisystembenchmarks vier Kerne voll aus, wohingegen unser Prototyp nur 12% eines Kernes nutzt, und damit die benötigte CPU-Zeit um den Faktor 33 senkt. Zusätzlich erreicht ein parallel zu unserem Prototypen laufender Blenderrenderbenchmark um mindestens einen Faktor 2 höhere Ergebnisse im Vergleich zu den CPU-seitigen Dateisystemen.
Unsere Ergbnisse motivieren zukünftige Forschung an Dateisystembeschleunigern.

BibTex:

@masterthesis{maucher22gpu4fs,
  author = {Peter Maucher},
  title = {GPU4FS: A Graphics Processor-Accelerated File System},
  type = {Master Thesis},
  year = 2022,
  month = aug # "06",
  school = {Operating Systems Group, Karlsruhe Institute of Technology (KIT), Germany}
  }