DPAS 실습 가이드

사전 준비

플랫폼별 QEMU 설치 및 Ubuntu VM 구축이 완료된 상태여야 합니다.

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Part 1: DPAS 커널 설치

제공된 deb 패키지로 DPAS 패치가 적용된 커널을 설치합니다.

1-1. 패키지 전송

다운로드한 deb 파일을 호스트에서 VM으로 전송합니다.

# 호스트 터미널에서 실행
scp -P 2222 linux-image-5.18.0-dpas_*.deb <username>@localhost:~/
scp -P 2222 linux-headers-5.18.0-dpas_*.deb <username>@localhost:~/

1-2. 설치 및 재부팅

# VM 내부에서 실행
sudo dpkg -i ~/linux-image-5.18.0-dpas_*.deb ~/linux-headers-5.18.0-dpas_*.deb
sudo reboot

1-3. 설치 확인

uname -r
# 5.18.0-dpas

Part 2: 실습 — 모드별 성능 비교

2-1. 벤치마크 스크립트

VM 내부에서 아래 4개 스크립트를 생성합니다. 사용법: ./script.sh <device> <cpu> <numjobs>

fioint.sh — Interrupt 모드

#!/bin/bash
sudo modprobe -r nvme; sudo modprobe nvme poll_queues=0
fio --filename=/dev/$1 --size=100m --direct=1 --bs=4k --ioengine=pvsync2 \
    --iodepth=1 --rw=randread --runtime=10 --numjobs=$3 --time_based \
    --group_reporting --name=test --eta-newline=1 --cpus_allowed=$2 \
    --nice=-10 --prioclass=2 --prio=0

fiocp.sh — Continuous Polling 모드

#!/bin/bash
sudo modprobe -r nvme; sudo modprobe nvme poll_queues=2
fio --filename=/dev/$1 --ramp_time=3 --size=100m --direct=1 --bs=4k \
    --ioengine=pvsync2 --iodepth=1 --rw=randread --runtime=10 \
    --numjobs=$3 --time_based --group_reporting --name=test \
    --eta-newline=1 --cpus_allowed=$2 --nice=-10 --prioclass=2 \
    --prio=0 --hipri

fiopas.sh — PAS (Polling after Sleep) 모드

#!/bin/bash
sudo modprobe -r nvme; sudo modprobe nvme poll_queues=2
echo 0 > /sys/block/$1/queue/io_poll_delay
echo 1 > /sys/block/$1/queue/pas_enabled
echo 1 > /sys/block/$1/queue/pas_adaptive_enabled
fio --filename=/dev/$1 --direct=1 --bs=4k --ioengine=pvsync2 \
    --iodepth=1 --rw=randread --runtime=10 --numjobs=$3 --time_based \
    --group_reporting --name=test --eta-newline=1 --cpus_allowed=$2 \
    --nice=-10 --prioclass=2 --prio=0 --hipri

fiodpas.sh — DPAS (Dynamic PAS) 모드

#!/bin/bash
sudo modprobe -r nvme; sudo modprobe nvme poll_queues=2
echo 0 > /sys/block/$1/queue/io_poll_delay
echo 1 > /sys/block/$1/queue/pas_enabled
echo 1 > /sys/block/$1/queue/pas_adaptive_enabled
echo 1 > /sys/block/$1/queue/switch_enabled
echo 10 > /sys/block/$1/queue/switch_param1
echo 10 > /sys/block/$1/queue/switch_param2
echo 10 > /sys/block/$1/queue/switch_param3
echo 1 > /sys/block/$1/queue/switch_param4
fio --filename=/dev/$1 --ramp_time=3 --size=100m --direct=1 --bs=4k \
    --ioengine=pvsync2 --iodepth=1 --rw=randread --runtime=10 \
    --numjobs=$3 --time_based --group_reporting --name=test \
    --eta-newline=1 --cpus_allowed=$2 --nice=-10 --prioclass=2 \
    --prio=0 --hipri
cat /sys/block/$1/queue/switch_stat
dmesg | tail -10

실행 권한 부여:

chmod +x fioint.sh fiocp.sh fiopas.sh fiodpas.sh

2-2. 실험 실행

CPU 0에 고정하여 job 수를 변경하며 4가지 모드를 비교합니다.

# 예시: INT 모드, job 1개
./fioint.sh nvme0n1 0 1

# 각 모드별로 jobs = 1, 2, 4, 8 반복
# INT:  ./fioint.sh nvme0n1 0 {1,2,4,8}
# CP:   ./fiocp.sh  nvme0n1 0 {1,2,4,8}
# PAS:  ./fiopas.sh nvme0n1 0 {1,2,4,8}
# DPAS: ./fiodpas.sh nvme0n1 0 {1,2,4,8}

2-3. 결과 기록

각 실행에서 fio 출력의 IOPS와 avg latency를 기록합니다.

2-4. DPAS mode transition 확인

DPAS 실행 후 switch_stat과 dmesg 출력에서 확인:

기대 동작

2-5. 분석 질문

1. INT와 CP 모드에서 jobs=1일 때 IOPS 차이의 원인은 무엇인가?
2. CP 모드에서 job 수를 늘려도 IOPS가 크게 증가하지 않는 이유는?
3. DPAS가 jobs=1에서 CP에 근접하고, jobs=4 이상에서 INT에 근접하는 이유를 mode transition 관점에서 설명하시오.
4. switch_stat에서 pas io 수가 polled io보다 항상 적은 이유는?

Part 3: DPAS sysfs 인터페이스

DPAS 커널은 /sys/block/nvme0n1/queue/ 아래에 다음 파라미터를 제공합니다.

Part 4: 커널 소스 컴파일 도전과제

deb 패키지 대신 직접 커널 소스에 DPAS 패치를 적용하고 빌드합니다.

4-1. 빌드 의존성 설치

sudo apt install -y build-essential libncurses-dev bison flex libssl-dev \
    libelf-dev bc pahole dwarves zstd

4-2. 커널 소스 다운로드

cd ~
wget https://cdn.kernel.org/pub/linux/kernel/v5.x/linux-5.18.tar.xz
tar xf linux-5.18.tar.xz
cd linux-5.18

4-3. DPAS 패치 적용

# 호스트에서 VM으로 패치 전송 후
patch -p1 < ~/dpas.patch

4-4. 커널 설정 (최소화)

cp /boot/config-$(uname -r) .config
yes '' | make localmodconfig

4-5. 빌드

make -j$(nproc) bindeb-pkg

빌드 완료 시 홈 디렉토리에 linux-image-*.deb, linux-headers-*.deb 파일이 생성됩니다.

4-6. 설치

sudo dpkg -i ~/linux-image-5.18.0-dpas_*.deb ~/linux-headers-5.18.0-dpas_*.deb
sudo reboot

트러블슈팅

참고: QEMU 환경의 제약