버스트버퍼(Burst Buffer)

가. 개념

버스트버퍼 IME는 Nurion /scratch 파일시스템의 캐시 역할을 수행한다. IME를 통한 데이터 접근방법은 아래 그림과 같다.

IME는 사용자 레벨 파일시스템인 FUSE(File System In USErspace)를 사용하여 클라이언트 노드(전체 계산노드와 로그인노드)에 마운트 되어 있다. 이때 유의할 것은 IME는 캐시 역할을 수행하므로 /scratch 파일시스템이 사전에 반드시 마운트 되어 있어야 한다. IME 디렉터리 경로는 /scratch_ime 이며 최초 사용자가 해당 디렉터리(/scratch_ime/$USER)에 접속하면 스크래치(/scratch/$USER) 파일시스템의 모든 디렉터리와 파일의 구조를 동일하게 확인할 수 있다.

이는 실제 IME 디바이스에 존재하지 않는 데이터이며, 버스트버퍼를 이용하여 작업 수행 시 /scratch에서 IME에 캐싱하는 방식으로 사용된다. IME를 사용하기 위해서는 작업 스크립트에 버스트버퍼 프로젝트명(#PBS -P burst_buffer)을 명시해야 한다. 어플리케이션을 수행하는 방법은 크게 아래와 같이 두가지 방식이 존재한다.

1. IME의 마운트 포인트인 /scratch_ime를 입출력 디렉터리로 지정하여 사용하는 방식으로 별도의 컴파일 없이 기존 POSIX 기반의 I/O를 수행할 수 있다. 즉, 사용자는 기존의 방식대로 작업을 제출하되, 자료 입출력 자료 경로만을 /scratch_ime/$USER/ 하단에 설정하면 된다.

• ex) INPUT="/scratch_ime/$USER/input.dat", OUTPUT="/scratch_ime/$USER/output.dat"

#!/bin/sh
#PBS -N burstbuffer
#PBS -V
#PBS -q normal # 모든 큐 사용가능
#PBS -A {PBS 옵션 이름} # Application별 PBS 옵션 이름표 참고
#PBS -P burst_buffer # 버스트 버퍼 사용을 위해서 반드시 명시
#PBS -l select=2:ncpus=16:mpiprocs=16
#PBS -l walltime=05:00:00

cd $PBS_O_WORKDIR

OUTFILE=/scratch_ime/$USER/output.dat

# 이하 해당 작업 관련 실행명령어 작성 (4장 "스케줄러를 통한 작업실행" 나절 예제 참조)

2. MPI-IO 기반의 I/O를 사용하기 위해서는 IME를 지원하는 mvapich2/2.3.1 모듈을 이용해야 수행이 가능하다. 응용 프로그램 또한 이 MPI 라이브러리를 이용하여 다시 컴파일 해야 한다. 또한 파일 또는 디렉터리의 경로는 아래 예시와 같이 IME 프로토콜을 사용하여 경로를 지정한다.

• ex) OUTFILE=ime:///scratch/$USER/output.dat (아래 작업스크립트 예제 참조)

$ module load mvapich2/2.3.1

위와 같이 mvapich2/2.3.1 모듈을 로드하고 아래와 같이 작업 스크립트를 작성한다.

#!/bin/sh
#PBS -N mvapich2_ime
#PBS -V
#PBS -q normal # KNL에 해당하는 모든 큐 사용 가능 (전용큐, normal, long, flat, debug)
#PBS -A {PBS 옵션 이름} # Application별 PBS 옵션 이름표 참고
#PBS -P burst_buffer # 버스트 버퍼 사용을 위해 반드시 명시
#PBS -l select=2:ncpus=16:mpiprocs=16
#PBS -l walltime=5:00:00
cd $PBS_O_WORKDIR
TOTAL_CPUS=$(wc -l $PBS_NODEFILE

※ 지원컴파일러: gcc/6.1.0, gcc/7.2.0, intel/17.0.5, intel/18.0.1, intel/18.0.3, intel/19.0.4, pgi/18.10

※ IME의 MPI-IO는 별도의 ROMIO 인터페이스를 사용하여 구현되었으나, MVAPICH2/2.3.1 버전부터 공식적으로 IME를 지원하는 ROMIO 기능이 포함됨. (OpenMPI는 미지원)

※ 버스트버퍼 IME는 NURION 전체 계산노드(SKL, KNL)에서 사용이 가능함.

• IME의 데이터 관리를 위해서는 아래 그림에 있는 데이터의 라이프 사이클을 파악해야 한다. IME 데이터 처리는 크게 Prestage, Prefetch, Sync, Release 단계가 있으며 각각에 대해 IME-API(#ime-ctl) 명령을 제공하고 있다.

ime-ctl -i $INPUT_FILE	작업 데이터를 IME로 Stage-In 실행 (/scratch에서 /scratch_ime로 데이터 캐싱)
ime-ctl -r $OUTPUT_FILE	IME 데이터를 병렬파일시스템과 동기화 (/scratch_ime의 데이터를 /scratch로 전송)
ime-ctl -p $TMP_FILE	IME에서 데이터 삭제 (/scratch_ime의 데이터를 삭제(purge))
ime-ctl -s $FILE	IME 데이터의 상태정보 제공

※ #ime-ctl --help를 통해 상세 옵션 확인 가능

나. 데이터 처리

IME의 총 용량은 약 900TB이며 사용량에 따라 자동으로 /scratch 파일시스템에 플러싱 되거나 삭제된다. IME에서는 아래와 같이 2가지의 임계치 설정에 따라 자동으로 캐시공간을 확보한다.

1. 새로 생성된 데이터(Dirty Data)의 총 용량이 45% 이상일 경우

2. 전체 여유 공간이 15% 이하일 경우

다. 유의사항

IME는 초기 작업 수행 시 PFS의 데이터를 IME 디바이스로 캐싱하는 단계와 캐시 데이터를 다시 PFS로 flushing 또는 sync 해주는 작업의 부하가 발생한다. 따라서 PFS(Lustre)에서 상대적으로 취약한 대량의 small I/O, 잦은 checkpointing 또는 I/O 수행 빈도가 높은 어플리케이션에서 성능 향상을 기대할 수 있다.

또한 IME(약 0.9PB)는 PFS(약 20PB)의 캐시의 용도로 사용되기 때문에 상대적으로 용량이 작다. 따라서 사용 중에 IME의 용량이 차게 되면 임계치 설정에 따라 데이터가 캐시에서 제거될 수 있으므로 데이터 관리에 유의해야 한다.

※ 주의: IME에 캐시된 데이터를 삭제하기 위해서는 제공하는 IME-API 명령어를 사용해야 한다. 만약, /scratch_ime에서 rm 명령을 통해 삭제할 경우 실제 /scratch에 저장된 데이터가 삭제되므로 반드시 주의가 필요하다.

2022년 9월 22일에 마지막으로 업데이트되었습니다.