| Περίληψη |
Τα συστήματα αποθήκευσης ζευγαριών κλειδιού-τιμής βασισμένα σε δένδρα LogStructured Merge (LSM) έχουν γίνει ένα βασικό κομμάτι των λογισμικών αποθήκευσης
δεδομένων σε κέντρα δεδομένων και υπηρεσίες υπολογιστικών νεφών. Τέτοια συστήματα
πρέπει να αντιγράφουν τα δεδομένα τους, αλλά και μεταδεδομένα όπως το ευρετήριο,
ώστε να να επιτύχουν να είναι αξιόπιστα και διαθέσιμα. Ως τώρα, τα συστήματα αποθήκευσης αποφεύγουν να δημιουργούν τα αντίγραφα των δεδομένων στο επίπεδο του
συστήματος αποθήκευσης ζευγαριών κλειδιού-τιμής και προτιμούν να κάνουν αυτές τις
διεργασίες σε υψηλότερα στρώματα, όπως για παράδειγμα στην βάση δεδομένων που τρέχει πάνω από το σύστημα αποθήκευσης ζευγαριών κλειδιού-τιμής. Παλαιότεροι σχεδιασμοί συστημάτων αποθήκευσης κλειδιού-τιμής προτιμούν να μειώσουν την κυκλοφορία
στο δίκτυο και να αυξήσουν το μέγεθος των αιτημάτων εγγραφής δεδομένων στον δίσκο.
Επομένως εκτελούν compactions για να αναδιοργανώσουν τα δεδομένα και στα κύρια και
στα δευτερεύοντα αντίγραφα των δεδομένων, αφού αποφεύγουν να στείλουν το ευρετήριο χρησιμοποιώντας το δίκτυο. Καθώς όλοι οι κόμβοι σε ένα κατανεμημένο σύστημα
αποθήκευσης ζευγαριών κλειδιού-τιμής λειτουργούν ταυτόχρονα ως κύριοι και ως δευτερεύοντες κόμβοι για διαφορετικά δεδομένα, μία τέτοια προσέγγιση βλάπτει την απόδοση
ολόκληρου του συστήματος.
Σε αυτή την εργασία, σχεδιάζουμε και υλοποιούμε το Tebis, ένα αποδοτικό σύστημα
αποθήκευσης ζευγαριών κλειδιού-τιμής βασισμένο σε δένδρο LSM με στόχο την δραστική μείωση του I/O amplification και του επεξεργαστικού κόστους για τα δευτερεύοντα
αντίγραφα ώστε να γίνει πρακτική η αντιγραφή των δεδομένων στο επίπεδο του συστήματος αποθήκευσης ζευγαριών κλειδιού-τιμής. Βασιζόμαστε σε δύο παρατηρήσεις: (α) η αυξημένη χρήση του RDMA στα κέντρα δεδομένων, το οποίο μειώνει το επεξεργαστικό κόστος για επικοινωνία μεταξύ κόμβων και (β) την διαδεδομένη χρήση του διαχωρισμού ζευγαριών κλειδιού-τιμής σε σύγχρονα συστήματα αποθήκευσης ζευγαριών κλειδιού-τιμής.
Χρησιμοποιούμε ένα πρωτόκολλο αντιγραφής δεδομένων primary-backup όπου μόνο ο
κύριος κόμβος υπολογίζει το ευρετήριο και στη συνέχεια το στέλνει σε όλους τους δευτερεύοντες κόμβους, αποφεύγοντας έτσι όλα τα compactions στους δευτερεύοντες κόμβους.
Η προσέγγιση μας περιλαμβάνει και έναν αποδοτικό μηχανισμό μετάφρασης των δεικτών
του ευρετηρίου μεταξύ διαφορετικών κόμβων. Τα αποτελέσματα μας δείχνουν ότι το Tebis
μειώνει το I/O amplification έως και 3 φορές, το επεξεργαστικό κόστος έως και 1,6 φορές,
και την μνήμη που χρειάζεται για την εγγραφή δεδομένων έως και 2 φορές, αυξάνοντας τα
δεδομένα του δικτύου έως το πολύ 1,3 φορές. Συνολικά, δείχνουμε ότι η μέθοδος μας έχει
οφέλη ακόμα και σε περιπτώσεις όπου τα μικρά κλειδιά κυριαρχούν (80% - 90% επί του
συνόλου κλειδιών-τιμών). Τέλος, η μέθοδος μας επιτρέπει σε συστήματα αποθήκευσης
ζευγαριών κλειδιού-τιμής να λειτουργούν με μεγαλύτερους ρυθμούς αύξησης δεδομένων
από επίπεδο σε επίπεδο (growth factor), όπως 10 έως 16, μειώνοντας την περιττή χρήση
αποθηκευτικού χώρου λόγω των πολλαπλών επιπέδων (space amplification) χωρίς να επιφέρει επεξεργαστικό κόστος.
|
Tebis: efficient index replication for persistent LSM-based key-value stores
