Administración de memoria optimizada para el almacenamiento NVMe virtualizado

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Samsung SSD 980 NVMe

Dos investigadoras coreanas han publicado una investigación sobre los problemas que ocasiona el modelo de paginación de memoria usado en los equipos informáticos tradicionales en las configuraciones de almacenamiento NVMe. Y han desarrollado un esquema optimizado que permitiría incrementar el rendimiento de la memoria en sistemas virtualizados en hasta un 38,4%.

Las infraestructuras informáticas tradicionales arrastran algunas características pensadas para optimizar el uso de memoria en equipos con discos duros HDD, que no funcionan adecuadamente con las nuevas tecnologías de almacenamiento de estado sólido. Por ejemplo, el sistema de paginación de memoria empleado desde hace décadas, que lastra el rendimiento final de los ordenadores y servidores equipados con unidades SSD.

Esto adquiere una dimensión importante en las arquitecturas virtualizadas que se emplean comúnmente en los centros de datos, en la nube y en las infraestructuras HCI, entre otros sistemas. En estos casos se ve limitado el rendimiento por una mala administración de la memoria, lo que impide sacar todo el partido a tecnologías como el almacenamiento SSD basado en el protocolo NVMe.

Para conocer más a fondo la naturaleza de este problema, dos investigadores de la Universidad de Mujeres Ewha de Seúl, en la República de Corea, han realizado un estudio sobre las limitaciones de los sistemas de paginación de memoria tradicionales en entornos de almacenamiento virtualizados basados en unidades SSD NVMe. En él explican que el problema del tamaño de paginación no ha llamado la atención en los equipos tradicionales porque, por un lado, el rendimiento de la memoria no se ve afectado por el tamaño del archivo de paginación cuando se emplea el disco duro para el almacenamiento.

Por otro, cambiar el tamaño de paginación en los sistemas tradicionales no es fácil, ya que conlleva una sobrecarga significativa. Por ello, en la mayoría de los casos no se modifica la configuración predeterminada de paginación del sistema operativo. Pero en el caso de los sistemas equipados con almacenamiento SSD NVMe si se aprecian grandes diferencias en la tasa de errores al aumentar el tamaño de paginación. Y, al aplicar esta configuración en sistemas virtualizados, el problema del limitado tamaño de paginación afecta al rendimiento en las máquinas virtuales.

Para resolver este problema, estas investigadoras han diseñado un modelo de tamaño de página que estima con precisión la tasa de fallas de TLB y la tasa de fallas de página para el almacenamiento en soportes NVMe. Y han presentado un método que permite estimar el tiempo de acceso a la memoria a medida que varía el tamaño de la página, lo que proporciona una orientación sobre el tamaño de página adecuado en cada entorno y carga de trabajo. El resultado es que con este método se puede lograr un aumento de hasta el 38,4% en el rendimiento de la memoria en sistemas virtualizados con almacenamiento NVMe, lo que marcaría una gran diferencia en muchas categorías de equipos informáticos.