커널의 쓰기: 애플리케이션 읽기 전용 메모리 (Application Read-Only Memory)

전력과 더불어 DRAM은 데이터센터 성장의 주요 제한 요인이 되었습니다. 지난 10년 동안 DRAM의 비트당 비용(cost-per-bit)이 정체됨에 따라, 장기 RAM (LtRAM, Long-term RAM)이라 불리는 신흥 메모리 기술 계층이 더 밀도가 높고 저렴한 메인 메모리로 가는 경로를 제공하고 있습니다. 그러나 LtRAM은 세 가지 주요 단점인 비대칭적 읽기/쓰기 지연 시간 (asymmetric read/write latencies), 제한된 내구성 (limited endurance), 그리고 거친 쓰기 입도 (coarse write granularity)를 가지고 있습니다. 이러한 단점으로부터 소프트웨어를 격리하려는 시도로서, Intel Optane과 같은 LtRAM 기술들은 플래시 장치로부터 접근 방식을 차용하여 웨어 레벨링 (wear-leveling), 주소 재매핑 (address remapping), 그리고 읽기/쓰기 캐싱 (read/write caching)을 관리하는 변환 계층 (translation layer)을 도입합니다. 이전의 실험적 연구들은 이러한 작업들이 LtRAM 지연 시간을 크게 증가시킨다는 것을 발견했습니다. 우리는 LtRAM을 DRAM처럼 보이게 만드는 대신, 운영체제 (OS)로 더 많은 책임을 오프로드 (offload)하기 위해 하드웨어/소프트웨어 인터페이스를 재설계할 것을 제안합니다. 이 설계는 하나의 핵심적인 속성인 애플리케이션 읽기 전용 메모리 (AROM, Application Read-Only Memory)에 달려 있습니다. 즉, LtRAM 페이지는 애플리케이션에는 읽기 전용이며, 페이지 마이그레이션 (page migrations) 중에 OS에 의해서만 쓰기가 수행됩니다. AROM은 쓰기 시 복사 (CoW, copy-on-write)를 활용하여 강제됩니다. 애플리케이션이 LtRAM에 쓰기를 시도하면 폴트 (fault)가 발생하며, 스토어 (store) 명령이 적용되기 전에 해당 페이지를 다시 DRAM으로 마이그레이션합니다. 이러한 불변성 (invariant)을 통해 우리는 LtRAM 관리를 온-DIMM 컨트롤러 (on-DIMM controller)에서 운영체제로 전환할 수 있으며, 이를 통해 DIMM의 하드웨어를 획기적으로 단순화할 수 있습니다. 이 접근 방식을 통해 우리는 읽기 위주의 워크로드 (read-mostly workloads)에서 순수 DRAM의 성능을 맞추는 동시에 LtRAM의 밀도와 비용 이점을 제공하는 것을 목표로 합니다.