스토리지 클래스 메모리(SCM)는 메모리와 스토리지의 장점을 동시에 가지고 있기 때문에 기존의 스토리지를 대체할 차세대 스토리지로 주목 받고 있다. 하지만 현재까지 제안된 SCM 전용 파일시스템은 데이터 일관성을 충분히 보장하지 않거나 혹은 보장될 경우, 과도한 일관성 유지 비용을 발생시키는 문제점을 지니고 있다. 본 논문에서는 보편적으로 사용하는 WAL(Write Ahead Logging) 방식의 일관성 유지 기법 대신 롤백-복구 방식을 이용하여, 블록내의 변경되는 데이터의 비율에 따라 로그 데이터 기록 방식을 변경하는 데이터 일관성 유지 기법을 제안한다. 본 기법은 데이터 일관성 손실 없이 로그 데이터의 크기를 줄여 데이터 쓰기 및 동기화 비용을 최소화시킬 수 있다. 제안한 기법을 평가하기 위해 리눅스 3.10.2 상에 구현하여 성능을 측정한 결과, 다른 일관성 유지기법에 비해 평균적으로 9배 정도의 데이터 쓰기 성능이 향상됨을 볼 수 있었다.
최근들어 다양한 인터넷 서비스들이 개인 컴퓨터뿐만 아니라 무선 네트워크 환경에서의 모바일 기기에서도 자주 사용되고 있으며 서비스 컨텐츠의 양이 점점 증가함에 따라 모바일 기기의 스토리지 한계가 큰 문제가 되고 있다. 본 논문에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 iATA라는 새로운 블록-레벨 스토리지 네트워크 프로토콜을 제안하며 iATA 프로토콜의 개념, 설계 및 고려사항들을 포함한다. iATA는 TCP/IP 네트워크상에서 ATA 블록-레벨 데이터와 명령어를 전달하게 되며 이를 통해 모바일 기기는 원격의 ATA 저장장치를 마치 모바일 기기 자신의 스토리지로 이용할 수 있게 된다. 벤치마킹 실험과 시험을 통해 제안된 iATA 프로토콜은 기존의 제안한 스토리지를 가지고 있는 모바일 기기상에서 효율적이며 경량의 가상 스토리지 프로토콜로서 사용될 수 있음을 보여주고 있다.
본 논문은 응용의 특성을 고려하여 NVM 기반 고속 스토리지를 최적 배치하는 방안을 논의한다. 이를 위해 본 논문은 먼저 여러 응용들의 스토리지 접근 특성을 분석하여 효율적인 NVM 배치에 활용가능한 다음의 두 가지 특성을 관찰하였다. 그 첫째는 I/O를 집중적으로 발생시키는 스토리지 파티션이 하나로 고정되지 않고 응용에 따라 다르게 나타난다는 점이다. 두 번째는 스토리지 접근에 있어 높은 비율의 1회성 접근 데이터가 존재한다는 점이다. 이와 같은 분석 결과를 토대로 본 논문에서는 NVM을 특정 파티션으로 고정 사용하는 것이 아니라 응용의 특성에 맞게 배치하는 것이 스토리지 성능을 극대화할 수 있음을 확인하였다. 특히, 그래프, DB, 웹 응용의 경우 NVM을 스왑, 저널, 파일시스템 파티션으로 활용하는 것이 효과적임을 확인하였다.
현재까지 네트워크 스토리지의 안전성은 스토리지 서버의 접근 제어에 의해 보장되어 왔으나 스토리지를 신뢰할 수 없다면 이 방법만으로는 자료의 안전성을 보장할 수 없다. 이러한 경우 안전성을 위해 자료의 암호화가 필수적이나 복호화 방법과 권한 관리 등 효율성 및 실용성에 여러 가지 문제가 발생한다. 우리는 이 논문에서 시간에 따라 효율적으로 스토리지의 자료를 암호화 및 복호화할 수 있도록 사용자의 권한을 관리하는 세 가지 방식으로 제시한다. 첫 번째 방식은 같은 시점에서 reader와 writer가 동일한 권한을 가질 경우 사용하는 스킴으로 트리 구조 일방향 함수에 기반을 둔 효율적인 시 분할 권한 관리 (TPM)이다. 두 번째는 공개 정보로부터 누구나 자료를 암호화하여 스토리지 상에 저장할 수 있고 특정 사용자만이 암호화된 자료를 복호화해서 read할 수 있게 하는 방식으로 비대칭키 방식의 시 분할 권한 관리 (ATPM)이다. 마지막으로 ATPM에서 시간에 따라 효율적으로 writer의 권한 관리를 가능하게 하는 방법을 제시한다. 제안된 권한 관리 방식은 모두 사용자의 가입이 효율적으로 이루어질 수 있으며 특히 TPM과 ATPM의 경우 back-issue 구독 문제를 해결할 수 있는 등의 장점이 있다.
많은 대학과 스토리지 업체에서 고성능 병렬 파일시스템 관련 연구를 활발히 진행하고 있다. 그러나 대학이나 업체에서 연구된 병렬 파일시스템 기술은 상호 호환성에 제약이 있다. 네트워크 파일시스템 관련해서 유일한 표준 기술인 NFS은 최근 pNFS 기능을 포함한 NFSv4.1로 확장되었다. pNFS은 NFS 서버를 거치지 않고 데이터를 병렬적으로 접근함으로써 고성능 입출력을 보장해 주고 있으며 기존 스토리지 기술과의 호환성을 제공하고 있다. 본 연구에서는 pNFS의 성능 평가를 위해서 pNFS을 사용하는 대용량 스토리지 시스템을 구현하고 NFSv4와 NFSv4.1간 성능을 비교한다. 성능 비교는 파일 사이즈와 동시 수행 프로세스 수 별로 수행되며 읽기 및 쓰기 연산에 대한 pNFS의 성능 향상을 확인한다.
멀티레벨 스토리지 접근은 클라우드 시스템, 가상화 환경, 네트워크 기반 스토리지 등 많은 컴퓨팅 환경에서 널리 사용되고 있다. 이러한 멀티레벨 스토리지의 접근성능을 향상시키려면, 되도록 하위 레벨의 스토리지로 요청이 일어나지 않게 하는 것이 중요하며, 이는 각 레벨의 버퍼캐시 성능이 큰 영향을 미친다. 다양한 버퍼캐시 알고리즘들 중 ARC 알고리즘은 동작의 간결성과 고성능으로 인해, 많은 워크로드에서 가장 좋은 성능을 보이는 캐시 알고리즘으로 알려져 있다. 그러나, ARC 알고리즘은 2차 레벨 버퍼캐시에서는 좋은 성능을 보이지 않는데, 이는 ARC 알고리즘이 멀티레벨 캐시의 특성을 반영하지 못하고 있기 때문이다. 본 논문에서는 멀티레벨 캐시의 특성과 이를 반영한 M-ARC 라는 멀티레벨 버퍼캐시 알고리즘을 제안한다. 제안하는 알로리즘은 기존 ARC에 비해 약 2배 이상 향상된 성능을 보여주고 있다.
PCM은 바이트 단위 읽고 쓰기가 가능한 비휘발성 메모리로서 차세대 스토리지로 주목받고 있다. 기존의 디스크 캐싱 기법은 하드 디스크나 SSD와 같이 섹터 단위로 엑세스하는 장치를 위하여 페이지 단위의 캐싱을 하고 있다. 하지만, 바이트 단위 접근이 가능한 고성능 PCM의 특성을 활용하기 위해서는 PCM 스토리지를 위한 효율적인 단위의 디스크 캐싱 기법이 필요하다. 본 논문에서는 페이지 단위가 아닌 128바이트 단위 I/O요청을 위한 캐싱 방법을 제안하며, 이를 기반으로 몇 가지 워크로드에 대하여 실험을 진행하여 I/O 요청의 크기와 개수 변화를 추정한다. 실험 결과를 바탕으로 제안한 기법이 PCM 스토리지에서 더 적합함을 보인다.
현대의 스토리지 디바이스들은 디바이스 내부에 캐시를 가지고 있다. 스토리지 디바이스 내부의 캐시에서 입출력 요청이 전송 될 경우 운영체제는 문맥 전환을 하지 않아도 될 것이다. 본 연구에서는 입출력 스케줄러의 효율적인 스케줄링을 위한 정보를 제공하기 위해 캐시 적중 예측 기법을 제시하였다. 또한 실제 스토리지 디바이스를 대상으로 한 실험을 통해 실제 스토리지 디바이스의 캐시 패턴과 캐시 적중 시와 캐시 미스 시의 응답시간의 상이성을 살펴보고 캐시 적중 예측 기법을 설계하였다.
현재 무선 네트워크 환경에서 많이 사용되고 있는 PDA의 스토리지 장치의 한계를 극복하기 위해 iSCSI를 이용한 원격 스토리지 시스템이 필요하며, 계속 급증하고 있는 무선 환경에서의 보안 문제를 해결하기 위해 IPSec 적용이 필요하다. 본 논문 에서는 PDA 상에서 원격 스토리지 시스템을 사용하기 위한 iSCSI와 보안을 위한 IPSec를 각각 설계, 구현하고 실제 환경에서의 실험을 통해 성능을 알아본다.
최근 국내외에서 클라우드 컴퓨팅 기술을 활용한 과학기술 응용 연구가 점차 이루어지고 있다. 본 연구에서는 대규모 데이터 처리를 필요로 하는 과학기술 응용을 지원하기 위한 스토리지 구축 및 운영 기술을 다루고자 한다. 본 연구를 위하여 많은 과학기술 분야 중 대규모 데이터의 처리를 필요로 하는 천문우주 분야 응용을 대상으로 선정하였으며, 물리적인 컴퓨팅 자원의 스토리지 구축 및 운영 방안뿐만 아니라, 응용 연구자가 직접 접근 및 사용하는 가상 클러스터 환경의 스토리지를 대규모 데이터 처리에 최적화 시킬 수 있는 방안을 제시하고자 한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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