본 논문에서는 가상 메모리 압축 알고리즘으로 CAMD 알고리즘을 제안한다. CAMD 알고리즘은 페이지 폴트가 일어났을 때 이들 페이지들을 스왑 디바이스로 이동시키지 않고 주기억장치 내의 압축된 캐시 영역을 할당하여 압축된 페이지를 저장한다. 이렇게 함으로써 스왑 디바이스로 이동하는 시간과 횟수를 감소시켜서 페이지 폴트 응답시간을 줄이며 주기억장치에 저장되는 페이지들의 공간 활용도를 높일 수 있다. 메모리 내의 데이터는 일반적인 압축 알고리즘에서 다루는 데이터와는 다른 특징들을 가지고 있어서 메모리 내의 주소 값이나 배열 데이터와 값은 요소들을 고려하여 압축될 때의 효율성을 높일 수 있다.
낸드 플래시 메모리 기반의 NVMe(Non-Volatile Memory express) SSD(Solid State Drive)는 멀티 I/O 큐 환경을 제공하는 PCIe 인터페이스 기반에 NVMe 프로토콜을 사용하는 저장장치이다. NVMe SSD는 Multi-core 시스템에서 병렬 I/O 처리가 가능하고 SATA SSD에 비해 대역폭이 크며 대용량의 저장 공간을 제공하기 때문에 데이터 센터, 클라우드 컴퓨팅 등에 사용될 차세대 저장장치로 주목받고 있다. 하지만 가상화 시스템에서는 소프트웨어 I/O 스택의 병목으로 인하여 NVMe SSD의 성능을 충분히 활용하지 못하고 있다. 특히, Xen과 KVM과 같이 호스트 시스템의 I/O 스택을 사용하는 경우에는, 호스트 시스템과 가상머신의 중복된 I/O 스택을 통해서 입출력이 처리되기 때문에 성능 저하가 크게 발생한다. 본 논문에서는 NVMe SSD에 직접 접근하는 기술을 KVM 가상화 시스템에 적용함으로써 가상 머신 I/O의 성능을 향상시키는 Direct-AIO (Direct-Asynchronous I/O)엔진을 제안한다. 그리고 QEMU 에뮬레이터에 제안한 엔진을 개발하고 기존의 I/O 엔진과의 성능 차이를 비교 및 분석한다.
인터넷의 급속한 발전으로 인해 다양한 멀티미디어 리소스를 쉽고 빠르게 활용할 수 있는 시대가 도래하였다. 그러나 이러한 멀티미디어 문서들을 새롭게 편집하고 저장하고 유통시킬 수 있는 기술적 인프라는 아직 부족하다고 보여진다. 멀티미디어 문서를 편집하는 작업에는 다양만 문서포맷을 지원하는 멀티미디어 저작 툴이 필요하며 편집된 문서를 저장할 시에는 대용량의 고속 저장강치가 필요하다. 더불어 이러한 멀티미디어 문서를 활발히 유통시키기 위해서는 디지털 문서의 지적 재산권을 보호해줄 수 있는 견고한 유통 시스템이 필수이다. 본 논문에서는 멀터미디어 컨텐츠의 유통에 기여할 수 있는 지식서버 시스템에 관하여 기술하고자 한다. 가상문서[1] 개념을 기반으로 설계된 지식서버 시스템은 기존의 멀티미디어 컨텐츠를 재구성하여 만든 가상문서를 유통시킬 수 있는 특징을 가지고 있다. 이러한 지식서버 시스템을 이용하면 대용량의 저장장치를 필요로 하지 않는 멀티미디어 문서를 저작 및 저장할 수 있고, 새롭게 저작된 멀티미디어 문서를 지식서버 시스템의 인증 서버를 통하여 쉽게 유통시킬 수 있다. 또한 유통된 가상문서가 실제 문서로 재현될 경우에 지식서버 내의 로그관리기에 의하여 로그정보가 기록되기 때문에 컨텐츠 유통 현황을 실시간으로 파악할 수 있다.
USB 저장장치는 반도체 메모리 저장 용량에 대한 기순 발전에 따라, 대용량 저장공간을 제공하는 제품으로 생산되고 있다. 따라서 소비자는 저장공간이 상대적으로 작은 기존 USB 저장장치를 폐기하거나, 효율적으로 사용하지 않는다. 본 논문에서는 메모리 저장 용량이 다른, 다수의 USB 저장장치를 USB 허브를 통하여 그룹화 하여 사용자가 컴퓨터에서 논리적 단일 저장공간으로 사용할 수 있는 개선된 USB 허브인 시그마 허브(Sigma Hub)를 제안한다. 제안된 시그마 허브는 다수의 USB 저장장치를 단일화하기 위한 관리 모듈로서 시그마 콘트롤러(Sigma Controller)를 포함한다. 시그마 콘트롤러는 USB 저장장치 통합 알고리즘을 통하여 트랜잭션을 제어하여 논리적 단일 저장장치 사용을 가능하게 한다.
높은 가용성, 확장성, 시스템 성능의 요구를 만족시키기 위해 SAN(Storage Area Network)이 등장했다. SAN을 보다 효과적으로 활용할 수 있도록, 대부분의 SAN 운영체제들은 SAN에 부착된 물리적 저장장치들을 가상적으로 하나의 커다란 볼륨으로 보이게 하는 저장장치 가상화 개념을 지원한다. 저장장치 가상화의 핵심적인 역할을 하는 것이 바로 논리볼륨 관리자이다. 자유공간 관리자는 논리볼륨의 자유공간들에 대한 정보를 유지관리 하면서 디스크 할당요구에 적절히 디스크를 할당해주는 역할을 한다. 이때 얼마나 단편화를 최소화하면서 효과적으로 자유공간에 대한 정보를 관리하는가는 전체 볼륨관리자의 성능을 결정하는 중요한 요인이 된다. 이 논문에서는 유연한 매핑을 돕기 위해 자유공간 관리 기법을 설계하고 구현한다. 이 논문의 자유공간 관리기법은 논리블록에 대한 물리블록 할당 외에도 스냅샷과 재구성을 위한 공간할당 및 해제를 효과적으로 처리한다.
높은 가용성, 확장성, 시스템 성능의 요구를 만족시키기 위해 SAN(Storage Area Network)이 등장했다. SAN을 보다 효과적으로 활용할 수 있도록, 대부분의 SAN 운영체제들은 SAN에 부착된 물리적 저장장치들을 가상적으로 하나의 커다란 볼륨으로 보이게 하는 저장장치 가상화 개념을 지원한다. 저장장치 가상화의 핵심적인 역할을 하는 것이 바로 논리볼륨 관리자이다. 자유공간 관리자는 논리볼륨의 자유공간들에 대한 정보를 유지관리 하면서 디스크 할당요구에 적절히 디스크를 할당해주는 역할을 한다. 이때 얼마나 단편화를 최소화하면서 효과적으로 자유공간에 대한 정보를 관리하는가는 전체 볼륨관리자의 성능을 결정하는 중요한 요인이 된다. 이 논문에서는 유연한 매핑을 돕기 위해 자유공간 관리 기법을 설계하고 구현한다. 이 논문의 자유공간 관리기법은 논리블록에 대한 물리블록 할당 외에도 스냅샷과 재구성을 위한 공간할당 및 해제를 효과적으로 처리한다.
전통의 자기 디스크 형태 저장 장치로의 접근 지연 시간을 줄이고자, 최근에 서로 네트워크로 연결된 컴퓨터간의 메모리 자원들을 파일을 저장하는 장치로써 활용해 볼 수 있는 가상 장치(Network RamDisk)가 개발되었다. 이 시스템은 메모리 공간을 제공해 주는 서버의 노드들이 패리티 그룹(parity group)을 이루는 일종의 software RAID 시스템으로 한 서버의 노드 crash 에 대해 대응하는 것을 고려하지 않아 제 이의 서버가 노드 crash, 프로세스 crash 혹은 데이터 손실을 발생시키면 완전히 데이터를 잃어버리는, 신뢰성이 낮은 문제점이 있다. 본 논문은 클라이언트가 서버측의 노드 crash를 적절히 감지하고 새로운 서버로 fail over 할 수 있는 여러 가지 기법들을 설계하고 구현하였다. 또한 서버 풀(server pool)이라는 가상의 공간을 따로 관리하여 서버들에 대한 메모리 자원 요구 부하를 균등히 분산 시키는 효과도 얻도록 하였다.
휴대폰이나 PDA 등 무선 이동 장치에 내장되는 자바가상기계는 필요 에너지를 모두 밧데리에서 공급받는다. 밧데리의 빈번한 재충전이나 교체 등에 따른 불편을 줄이기 위해서는 임베디드 자바가상기계의 에너지 사용을 최소화하는 것이 매우 중요하다. 자바가상기계의 에너지 사용은 자바 클래스의 저장에 따른 정적 에너지 사용과 바이트코드 실행 및 쓰레기 수집기의 작동 등에 따른 동적 에너지 사용으로 나눌 수 있다. 본 논문에서는 simpleRTJ 상용 임베디드 자바가상기계의 에너지 사용에 대해 분석해보았다. simpleRTJ의 주요 특징인 프리레졸루션과 ROM 이미지 형식이 에너지 사용에 미친 영향에 대해 분석하였으며, 고정 크기 메모리 할당과 에너지 소비의 상호 관계에 대해서 고찰하였다.
가상화 기술은 물리적 컴퓨팅 자원을 사용자에게 논리적으로 제공하여 시스템의 효율성을 높이고 유연성을 향상시키기 위한 기술로 서버 통합이나 아마존 EC2와 같은 클라우드 컴퓨팅 환경에서 사용되고 있다. 이러한 가상화 환경에서는 다수의 가상머신들의 동시적인 I/O 수행으로 인해 저장장치에 병목현상이 발생된다. 또한 각 가상머신들의 중복된 데이터들을 저장하기 위해 불필요한 쓰기 비용이 발생하여 시스템의 성능 저하가 발생하게 된다. 본 논문에서는 이러한 가상화 환경에서의 I/O비용을 감소시키기 위해 SSD를 캐시로 사용하는 중복 제거 기법을 제안한다. 제안된 기법은 중복된 데이터를 제거하여 불필요한 디스크에 대한 I/O 수행을 감소시키며, 중복 발생 패턴의 특성을 고려하여 SSD의 빠른 쓰기 성능을 효과적으로 사용할 수 있는 캐시 구조 모델을 통해 가상화 환경에서 I/O 성능을 향상 시킬 수 있음을 보인다.
IPv6는 현재 사용하고 있는 IPv4의 단점을 개선한 차세대 인터넷 프로토콜이다. Mobile IPv6는 이러한 IPv6의 기능을 그대로 가지면서 모바일 장치들의 이동성을 효과적으로 제공한다. iSCSI(Internet Small Computer System Interface)는 TCP/IP 네트워크를 통해 원격의 스토리지를 마치 자신의 로컬 상에 있는 블록 장치처럼 접근하는 기술이다. iSCSI는 이 같은 접근을 위해 표준 이더넷 스위치와 라우터를 사용하므로 기존의 수많은 이더넷 기술의 적용은 물론 거리 제한이 없는 스토리지 확장을 가능하게 한다. 본 논문에서는 이 점에 착안, 유선 기반의 원격 스토리지 접근을 목적으로 설계된 iSCSI를 PDA와 같은 임베디드 리눅스 장치에 탑재하고자 한다. 이를 통해 IPv6무선 네트워크상에서 모바일 기기가 가지는 저장 공간의 한계점을 극복하고자 하며 이에 대한 응용으로 가상 저장장치 기반의 모바일 학습 서비스 시스템을 구현하고 성능을 분석 하고자 한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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