Exploring atomicity on memory mapped files based on non-volatile memory file systems

Abstract

As tecnologias de memórias não-voláteis são uma grande promessa na área de arquitetura de computadores e é esperado que sejam poderosas ferramentas para solucionar os problemas referentes a manipulação eficiente de dados dos dias de hoje. Estas tecnologias provêm alta performance e acesso em granularidade de bytes com a distinta vantagem de serem persistentes. Porém, afim de explorar estas tecnologias em todo seu potencial, os sistemas e arquiteturas de hoje precisam buscar meios de se adaptar a esta nova forma de acessar dados e de superar os desafios que vêm com ela.Trabalhos existentes na área já propõem métodos para adaptar as arquiteturas existentes para o uso de NVM bem como formas inovadoras de empregar estas memórias em futuras aplicações. No entanto, o suporte dos sistemas operacionais a estas soluções, ainda que existente, ainda é muito limitado. Neste trabalho, nós apresentamos duas variações da chamada de sistema msync, modeladas para explorar as características das tecnologias de NVM e garantir consistência para os dados dos usuários. Ambas são soluções simples que permitem aos usuários definirem checkpoints de seus arquivos usando a sintaxe comum de sistemas de arquivos. Nós implementamos e testamos estes métodos sobre o sistema operacional Linux utilizando como base um sistema de arquivo nativamente voltado a NVM. Nossos resultados mostram que estes mecanismos são capazes de garantir a integridade dos arquivos mesmo na presença de falhas no sistema enquanto mantém uma performance razoável.

Upcoming non-volatile memory technologies are a big promise in computer architecture and are expected to be powerful tools to address today’s issues regarding efficient data manipulation. They provide high performance and byte granularity while also having the distinct advantage of being persistent. However in order to explore these technologies to their full potential, existing systems and architecture must adapt to this new way of working with data and workaround the challenges that come with it. Existing work in the area already proposes methods to adapt existing architecture to NVM as well as innovative ways to employ these memories in future applications. However operating system support to such NVM-enabled solutions, although existent, still very limited. In this work, we present two variations of the existing mmap system call, designed to both explore NVM characteristics and provide user data consistency. Both are very simple solutions that allow users to control the persistence and define checkpoints to their files while using the common mapped file syntax. We have implemented and tested these methods over Linux using a NVM file system as our base. Our results show that these mechanisms can ensure file integrity in the presence of system failures while also providing a reasonable performance.