디지털 라이브러리[ 검색결과 ]
DRAM 없는 모바일 플래시 스토리지에서의 유효 페이지 추적 기법 연구
http://doi.org/10.5626/JOK.2025.52.5.357
모바일 시스템에서는 범용 플래시 스토리지(UFS)와 같은 모바일 플래시 기반 스토리지 장치를 사용한다. 이러한 장치는 작은 폼 팩터, 전력 및 비용 예산 등이 제한되어 대용량 내부 DRAM이 장착되어 있지 않다. 따라서 작은 SRAM만을 사용하여 플래시 변환 계층(FTL)을 운영하며, 이로 인해 주소 매핑 테이블과 가비지 컬렉션(GC) 관련 메타데이터 중 하나인 유효 페이지 비트맵을 SRAM에서 관리할 수 없다. 그럼에도 불구하고 유효 페이지 비트맵을 플래시 메모리에서 관리하는 방식은 많은 메타데이터 I/O로 인한 성능 하락으로 아직까지는 적절한 대안이 아니다. 본 논문에서는 블록당 L2P 세그먼트 비트맵을 관리하여 특정 블록의 효율적으로 유효 페이지를 추적하는 방식을 제안한다. 이 방식은 유효 페이지를 추적할 때 수행되는 메타데이터 액세스 오버헤드를 감소시켜 성능을 향상시킨다. 평가 결과를 통해 기존 방식보다 유효 페이지를 찾는 지연 시간이 최대 83% (128KB I/O 단위) 감소한 것을 확인할 수 있다.
SSD의 수명 및 성능 향상을 위한 F2FS 파일 시스템의 DISCARD 명령어 관리 기법
http://doi.org/10.5626/JOK.2024.51.8.669
DISCARD 명령어는 유효하지 않는 파일 시스템의 블록 정보를 SSD에 전달함으로써 SSD의 수명과 성능을 향상시키는데 도움이 되는 인터페이스이다. 그러나, F2FS 파일 시스템에서 DISCARD 명 령어는 유휴 시간에만 처리되기 때문에 수명과 성능의 향상에 한계를 보인다. 본 논문에서는 짧은 유휴 시 간에 DISCARD 명령어를 효율적으로 처리하기 위한 EPD 기법과 DISCARD 명령어를 덮어쓰기 명령으 로 대체하기 위한 세그먼트 할당 기법인 PSA기법을 제안한다. 제안 기법의 효과를 평가하기 위해 다양한 워크로드를 기반으로 실험을 진행하였으며 실제 SSD에서의 수명과 성능을 확인하였다. 그 결과, 제안 기 법이 기존 F2FS 대비 Write Amplification Factor (WAF)를 최대 40%, 처리량을 최대 160% 향상시킬 수 있음을 확인하였다.
유니커널을 위한 파일시스템 최적 설계 방안
http://doi.org/10.5626/JOK.2024.51.5.389
유니커널은 단일 응용과 서비스에 최적화된 특수목적용 커널이다. 범용 커널에 비해 빠른 부팅시간, 작은 메모리 풋프린트, 고성능과 보안이 장점이다. 유니커널상에서 구동가능한 애플리케이션들은 범용 커널의 런타임 환경과 호환성을 유지하여 기존 응용들을 바이너리 형태 혹은 소스 호환형태로 활용된다. 그런데, 대부분의 기존 유니커널 프로젝트들은 파일시스템과 관련한 시스템콜에 대해 성능 최적화보다는 애플리케이션 자체의 원활한 동작을 위한 API 구현에 초점을 맞추었다. 이에 따라 기존의 범용 파일시스템을 차용하거나 호스트 파일시스템에 의존적인 방식을 사용하였다. 본 논문에서는 보안성을 유지하면서 최소의 시스템 자원으로 최적의 성능을 얻고자 하는 유니커널의 취지를 고려하는 유니커널용 파일시스템의 설계 방안에 대해 기술한다. 구체적으로는 마이크로 벤치마크를 통해 주요 유니커널에서 지원하는 파일 시스템에 대한 성능과 메모리 요구량을 분석하고, 최적 성능과 보안성을 제공하기 위한 파일시스템 설계 방향을 제시한다.
이더리움 트랜잭션 데이터 기반 스토리지 트라이 최적화 연구
http://doi.org/10.5626/JOK.2024.51.2.110
블록체인에 대한 관심이 많아지고, 이더리움의 사용량이 증가함에 따라 블록체인 상태 데이터는 폭발적으로 증가하였는데, 이는 사용자의 네트워크 참여를 어렵게 만들었다. 본 논문에서는 상태 데이터의 상당수를 차지하는 스토리지 트라이를 과거 트랜잭션 데이터를 기반으로 최적화하는 방법을 제안하고자 한다. 본 연구에서는 1,400만 블록의 거대한 스토리지 트라이 중에서 100만 블록동안 한 번도 등장하지 않은 스토리지 트라이를 삭제하여 19.6%인 10.8GB의 저장공간을 줄였다. 본 논문의 연구 결과인 데이터 기반 스토리지 트라이 최적화를 기반으로 더욱 효과적인 스토리지 트라이 최적화를 제안할 수 있을 것으로 기대한다.
CSDVirt: 연산 스토리지 에뮬레이터
http://doi.org/10.5626/JOK.2024.51.1.1
연산 스토리지(CSD: Computational Storage Device) 개념이 등장한 이후로 학계와 업계에서 여러 형태의 연산 스토리지를 발표하고 있다. 연산 스토리지 인터페이스에 대한 표준화 논의는 현재 진행중이지만 아직 초기 단계이다. 따라서 발표된 연산 스토리지들은 인터페이스와 디바이스의 내부 구조가 통일되어 있지 않은 실정이다. 이는 연산 스토리지 연구를 위해서 디바이스 내부 구조부터 응용까지 많은 개발 작업이 필요하다는 것을 의미한다. 본 연구에서는 연산 스토리지 연구의 편의성 및 실제 디바이스와 비슷한 환경 제공을 위해 CSDVirt를 제안한다. CSDVirt는 NVMeVirt를 확장하여 연산 스토리지 기능을 제공하는 에뮬레이터이다. 본 에뮬레이터를 이용하여 기존 연구에서 제공되는 다양한 워크로드의 특성을 쉽게 확인할 수 있다.
OLTP 워크로드에서 쓰기-웜 페이지에 대한 고찰
http://doi.org/10.5626/JOK.2023.50.11.1002
버퍼 교체 정책의 중요한 목적 중 하나는 버퍼 풀에 자주 접근되는 데이터를 캐싱하여 디스크 I/O를 최소화하는 것이다. 그러나, 버퍼 풀에 참조 빈도가 높은 페이지들이 효과적으로 저장됨에도 불구하고, 적은 양의 페이지들에 의해 과도하게 많은 디스크 I/O가 발생할 수 있다. 이는 버퍼 풀에서 페이지가 축출될 때, 상대적으로 참조 빈도가 높은 쓰기-웜 페이지(Write-Warm Page)가 쫓겨나 해당 페이지에 대한 버퍼 풀 반입과 반출 과정이 반복되기 때문이다. 본 논문에서는 이러한 현상을 "웜 페이지 스레싱((Write-)Warm Page Thrashing)"이라고 정의하며, 디스크로 플러시 되는 페이지 중 10%에 해당하는 페이지들이 약 41%의 디스크 쓰기를 발생시키는 쓰기-웜 페이지의 존재를 확인하였다. 특히, 이는 읽기 대비 쓰기가 느린 플래시 저장장치에서 성능에 악영향을 미칠 수 있기 때문에, 이를 검출하고, 스레싱을 방지하는 새로운 버퍼 관리 정책을 필요로 한다.
비휘발성 메모리에서 쓰기 증폭 감소를 위한 분산 스토리지 시스템
http://doi.org/10.5626/JOK.2020.47.2.129
최근 3DXpoint 로 대표되는 비휘발성 메모리가 등장하면서 분산 스토리지 환경에서도 이를 활용하기 위한 연구가 새롭게 주목받고 있다. 이러한 차세대 비휘발성 메모리를 분산 스토리지 시스템에서 효과적으로 활용하기 위해서는 HDD/SSD를 고려하여 개발된 기존 스토리지 시스템 구조의 개선이 필요하다. 무엇보다도 기존 분산 스토리지 시스템 구조는 느린 스토리지 성능을 보완하기 위해서 별도의 저널영역을 사용하는데, 이러한 구조는 DRAM과 유사한 비휘발성 메모리 성능을 고려할 때 효과적이지 않으며 또한 쓰기 증폭 문제를 야기한다. 이에 본 논문에서는 비휘발성 메모리 기반의 분산 스토리지 환경에서의 쓰기 증폭 문제를 개선하는 아키텍처를 제안한다. 본 구조의 검증을 위해서 CEPH 스토리지 시스템 환경에서 실험을 진행하였으며, 이를 통해서 제안하는 DAXNJ 구조가 1M 오브젝트 쓰기에서 쓰기 증폭을 약 61% 줄이고 성능을 15% 개선하는 결과를 확인하였다.
TLC 낸드 플래시 기반 스토리지를 위한 효율적인 SLC 버퍼 관리 기법
http://doi.org/10.5626/JOK.2018.45.7.611
최근, 스토리지의 가격 경쟁력 향상을 위해 TLC 낸드의 수요가 크게 증가하고 있다. TLC의 SLC/MLC 대비 낮은 성능의 한계를 극복하기 위하여, SLC 쓰기 버퍼를 채용한 TLC 낸드 기반의 스토리지가 제조사들에 의해 상용화되고 있다. 본 논문에서는 SLC 쓰기 버퍼를 채용하는 TLC 낸드 기반의 스토리지에서 파일시스템의 저널링 특성을 활용하여 성능을 향상하는 기법을 제안한다. 제안 기법은 실제스토리지 플랫폼인 OpenSSD에 구현되어 기존 기술의 성능과 비교하였으며, 기존 기법 대비 최대 65%의 스토리지 처리량 성능 향상을 확인하였다.
InnoDB 기반 DBMS에서 다중 버퍼 풀 오버헤드 분석
대규모 웹 서비스의 등장으로 데이터의 규모가 점차 증가하는 추세이다. 이러한 대규모 데이터를 효율적으로 관리하기 위해 MySQL과 MariaDB와 같은 DBMS가 주로 사용되고 있으며, 이들은 데이터 관리를 위한 스토리지 엔진으로 InnoDB를 주로 사용한다. InnoDB는 ACID를 보장할 뿐만 아니라 대규모 데이터 처리에 적합하다는 장점이 있기 때문이다. InnoDB의 경우, I/O 성능 향상을 위해 버퍼 풀을 통해 데이터와 인덱스를 캐싱하며 락 경쟁(lock contention)을 줄이기 위해 다중 버퍼 풀을 지원한다. 그러나 다중 버퍼 풀 기법은 데이터 일관성 오버헤드를 증가시킨다. 본 논문에서는 다중 버퍼 풀 기법의 오버헤드를 분석한다. 실험 결과, 다중 버퍼 풀 기법을 사용함에 따라 락 경쟁이 최대 46.3%까지 완화되었지만 디스크 I/O와 fsync 명령이 증가하면서 DBMS의 처리량이 50.6%까지 떨어지는 현상을 확인하였다.
클라우드 스토리지 상에서 안전하고 실용적인 암호데이터 중복제거와 소유권 증명 기술
클라우드 스토리지 환경에서 중복제거 기술은 스토리지의 효율적인 활용을 가능하게 한다. 또한 클라우드 스토리지 서비스 제공자들은 네트워크 대역폭을 절약하기 위해 클라이언트 측 중복제거 기술을 도입하고 있다. 클라우드 스토리지 서비스를 이용하는 사용자들은 민감한 데이터의 기밀성을 보장하기 위해 데이터를 암호화하여 업로드하길 원한다. 그러나 일반적인 암호화 방식은 사용자마다 서로 다른 비밀키를 사용하기 때문에 중복제거와 조화를 이룰 수 없다. 또한 클라이언트 측 중복제거는 태그 값이 전체 데이터를 대신하기 때문에 안전성에 취약할 수 있다. 최근 클라이언트 측 중복제거의 취약점을 보완하기 위해 소유권 증명 기법들이 제안되었지만 여전히 암호데이터 상에서 클라이언트 측 중복제거 기술은 효율성과 안전성에 문제점을 가지고 있다. 본 논문에서는 전수조사 공격에 저항성을 갖고 암호데이터 상에서 소유권 증명을 수행하는 안전하고 실용적인 클라이언트 측 중복제거 기술을 제안한다.
