웹 인프라와 P2P 기술 개념을 기반으로 연구되고 있는 데이터 그리드 컴퓨팅 환경에서 중요한 문제 중 하나는 거대한 데이터 자료 접근에 관한 이슈이다. 요청된 자원 공간을 확보하기위해 저장되어 있는 자원을 선택하는 '캐쉬 교체 정책' 연구는 많이 연구되어 왔으나, 상항을 미리 예측하거나 스택과 같은 추가적인 자원이 필요하다. 본 논문은 기존 연구의 문제점을 해결하고 요청된 파일에 대응되는 파일의 개수가 되도록 적게 하기위해 파일 크기를 고려한 캐쉬 교체 정책을 제안하고 있다.
GPU는 다수의 워프를 병렬적으로 수행함으로써 레이턴시를 숨기면서 높은 처리량을 제공할 수 있다. 만약 GPU에서 캐쉬에 대한 요청이 미스를 발생시킨다면 하위 메모리로부터 요청한 데이터를 받을 때까지 MSHR(Miss Status Holding Register)을 통해 미스 정보를 추적하고 다른 워프를 수행한다. 최신 GPU에서는 캐쉬 자원에 대한 과도한 요청이 발생한 경우 자원점유 실패가 발생하여 GPU 자원을 충분히 활용할 수 없는 경우가 자주 발생한다. 본 논문에서는 MSHR 자원 부족으로 인해 발생하는 성능 감소를 줄이고자 새로운 워프 스케줄링 기법을 제안한다. L1 데이터 캐쉬에서 각 워프별 캐쉬 미스율은 긴 사이클 동안 비슷하게 유지되는 특성을 이용하여 각 워프들의 캐쉬 미스율을 예측하고, 이를 바탕으로 MSHR의 자원을 더 이상 사용할 수 없는 상태에서는 낮은 캐쉬 미스율을 보일 것으로 예측되는 워프들과 연산 위주 워프들을 우선적으로 이슈 한다. 제안하는 기법은 예측된 캐쉬 미스율과 MSHR 상태를 기반으로 캐쉬 자원을 더 효율적으로 사용함으로써 GPU 성능을 향상시킨다. 실험 결과, 제안된 기법은 LRR(Loose Round Robin) 정책에 비해 자원점유실패 사이클이 25.7% 감소하고 IPC(Instruction Per Cycle)가 6.2% 증가한다.
인터넷 상에서 AOD나 VOD와 같이 멀티미디어 데이터를 서비tm하는 시스템에서는 같은 자원으로 더 많은 수의 동시 사용자를 지원하는 문제가 중요하다. 기존의 운영체제 캐쉬만을 이용하면 자주 요청되지 않는 곡에 대한 스캔으로 캐쉬에서 페이지 교체가 자주 일어나 버퍼링 효과가 저하되는 현상이 있다. 본 논문에서는 웹캐쉬라는 구조를 통해 과거의 요청 정보로부터 가까운 미래에 다시 요청될 곡들을 예측하고 이 곡들을 웹캐쉬에 유지하여 서비스한다. 이렇게 함으로써 디스크 액세스 횟수를 줄일 수 있고 같은 자원으로 더 많은 동시 사용자를 지원할 수 있다. 가까운 미래에 다시 요청될 곡을 예측하기 위한 방법으로 과거 요청 사이의 시간간격에 가중치를 부여하여 요청이 자주 발생하는 곡들을 판별해 낼 수 있다. 실제로 운영되고 있는 AOD 사이트의 4달간의 요청 자료를 실험 자료로 본 논문에서 주장하는 바를 시뮬레이션하여 높은 성능 향상을 얻은 것을 보였다.
인터넷이 급속도로 발전되면서 트래픽이 폭발적으로 증가하여 현재 라우터에 많은 부담을 주고 있다. 반면 스위칭 기술은 라우팅보다 빠르게 데이터를 전송할수 있다. 그 결과 라우터 병목 현상을 해결하고자 IP 라우팅이 스위칭 기술을 접목한 레이블 스위칭 네트웍이 출현하게 되었다. 레이블 스위칭 기술중 데이터 기반 레이블 스위칭에서 매우 중요한 것은 캐쉬 테이블 관리이다. 캐쉬 테이블에는 흐름 분류를 위한 정보와 레이블 스위칭을 위한 정보를 저장하고 있는데 캐쉬 테이블 크기는 라우터자원에 의해 제약을 받으므로 캐쉬 대체기법이 필요하게 된다. 따라서 효율적이 캐쉬테이블 관리를 위해 인터넷 트래픽 특성을 고려한 캐쉬 대체 기법에 관한 연구가 필요하다. 본 논문에서는 인터넷 트래픽 특성을 고려해 LFC 기법과 LRU 기법의 단점을 보완한 L2A 캐쉬 대체 기법을 제안한다. L2A 기법은 기본적인 FIFO , LFC, LRU 기법보다 나은 성능을 보이며 특히 캐쉬 크기가 작을 경우에도 타 기법에 비해 탁월한 성능을 유지한다.
GPU는 병렬처리가 가능한 강력한 하드웨어 자원을 기반으로 높은 처리량을 제공한다. 하지만 과도한 메모리 요청이 발생하는 경우 캐쉬 효율이 낮아져 GPU 성능이 크게 감소할 수 있다. 캐쉬에서의 경합이 심각하게 발생한 경우 동시 처리되는 스레드의 수를 감소시킨다면 캐쉬에서의 경합이 완화되어 전체 성능을 향상시킬 수 있다. 본 논문에서는 캐쉬에서의 경합 정도에 따라 동적으로 병렬성을 조절할 수 있는 워프 스케줄링 기법을 제안한다. 기존 워프 스케줄링 정책 중 LRR은 GTO에 비해 워프 수준의 병렬성이 높다. 따라서 제안하는 워프 스케줄러는 L1 데이터 캐쉬 경합 정도를 반영하는 MSHR(Miss Status Holding Register)이 낮은 자원 활용률을 보일 때 LRR 정책을 적용한다. 반대로 MSHR 자원 활용률이 높을 때는 워프 수준의 병렬성을 낮추기 위해 GTO 정책을 적용하여 워프 우선순위를 결정한다. 제안하는 기법은 동적으로 스케줄링 정책을 선택하기 때문에 기존의 고정된 LRR과 GTO에 비해 높은 IPC 성능과 캐쉬 효율을 보여준다. 실험 결과 제안하는 동적 워프 스케줄링 기법은 LRR 정책에 비해 약 12.8%, GTO 정책에 비해 약 3.5% IPC 향상을 보인다.
인터넷이 급속도로 발전되면서 트래픽이 폭발적으로 증가하여 현재 라우터에 많은 부담을 주고 있다. 반면 스위칭 기술은 라우팅보다 빠르게 데이터를 전송할 수 있다. 그 결과 라우터 병목 현상을 해결하고자 IP 라우팅에 스위칭 기술을 접목한 레이블 스위칭 네트웍이 출현하게 되었다. 레이블 스위칭 기술 중 데이터 기반 레이블 스위칭에서 매우 중요한 것은 캐쉬 테이블 관리이다. 캐쉬 테이블에는 흐름 분류를 위한 정보와 레이블 스위칭을 위한 정보를 저장하고 있는데 캐쉬테이블 크기는 라우터 자원에 의해 제약을 받으므로 캐쉬 대체 기법이 필요하게 된다. 따라서 효율적인 캐쉬 테이블 관리를 위해 인터넷 트래픽 특성을 고려한 캐쉬 대체 기법에 관한 연구가 필요하다. 본 논문에서는 인터넷 트래픽 특성을 고려해 기본적인 FIFO, LFC, LRU 기법을 실제 인터넷 트래픽을 사용해 성능 평가하고 새로운 가중치 우선순위 LRU 기법을 제안한다. 특히 가중치 우선순위 LRU 기법은 플로우 인앤아웃 현상이 없고 시간이 지나도 새로운 플로우를 적절히 생성해내는 일관성을 지니면서도 스위칭 비용을 줄이는 장점을 가지고 있다.
멀티코어 프로세서에서 라스트 레벨 캐쉬는 코어와 메모리의 속도 차이를 줄여주는 역할을 하는 중요한 하드웨어 자원이다. 때문에 라스트 레벨 캐쉬의 효율적인 관리는 프로세서의 성능에 큰 영향을 미친다. 라스트 레벨 캐쉬를 구성하는 공유/비공유 캐쉬는 코어들이 공유하는 데이터와 각 코어의 독립된 데이터를 각각 적재한다. 최근 많은 연구를 통해 라스트 레벨 캐쉬 관리기법이 연구되었지만 주로 공유 캐쉬에 대한 연구만 이뤄지고 있으며 라스트 레벨 캐쉬의 비공유 캐쉬에 대한 연구는 아직 미약하다. 라스트 레벨 캐쉬의 비공유 캐쉬는 각 코어에 동일한 영역이 할당되기 때문에 코어별 작업량이 다를 경우 캐쉬 관리가 효과적이지 않다. 본 논문에서는 라스트 레벨 캐쉬 중 비공유 캐쉬의 효율적인 관리를 위해 코어 인지 캐쉬 교체 기법을 제안한다. 제안된 코어 인지 캐쉬 교체 기법은 비공유 캐쉬를 동적으로 재구성함으로써, 라스트 레벨 캐쉬의 적중률을 향상시킨다. 또한, 우리는 캐쉬 교체 기법의 성능 향상을 위해 2비트 포화 카운터를 적용하였다. 실험 결과 기존의 교체 기법과 비교하여 9.23%의 적중률 향상과 12.85%의 라스트 레벨 캐쉬 접근 시간 감소의 효과가 있었다.
클라이언트-서버 환경에서 클라이언트는 캐쉬에 데이터를 저장함으로씨 서버와 접촉하지 않고도 응용을 수행할 수 있다. 클라이언트에서 수행되는 응용의 정확성을 보장하기 위해서는 캐쉬의 일관성 유지가 필요하고, 이를 위해 탐지 기반의 방법과 회피 기반의 방법이 사용되어져 왔다. 이 논문에서는 서버에 비하여 자원이 빈약한 클라이언트의 부담을 덜어줄 수 있는 탐지 기반의 새로운 캐쉬 일관성 유지 방법을 제안한다. 제안하는 방법에서는 타임스탬프를 이용하여 트랜잭션의 동시성을 제어하며, 캐쉬를 갱신할 때 갱신된 데이터의 삭제와 덮어쓰기를 동적으로 수행함으로써 캐쉬를 효율적으로 관리한다. 또한 1-사본 직렬성을 이용하여 제안하는 방법의 정확성을 증명하였다.
클라이언트의 데이터 캐슁은 클라이언트에서 데이터가 캐쉬되고 운영되는 환경에서 서버와의 상호작용을 하기 위한 중요한 기술이다. 캐슁은 네트워크 지연을 감소시키고 클라이언트의 자원 활용을 증가시키는 방법이다. 이와 같은 클라이언트-서버 환경에서 클라이언트에서 수행되는 응용 프로그램의 정확성을 보장하기 위해서는 캐쉬 일관성 알고리즘이 필요하다. 이 논문에서는 새로운 비동기적 회피 기반의 캐쉬 일관성 알고리즘을 제안한다. 제안하는 방법에서는 잠금 모드를 단순하게 유지하고, AACC에서 잠금 상승으로 인하여 발생하는 불필요한 callback 메시지를 제거함으로써 AACC보다 적은 메시지 교환을 가짐을 보였다. 제안하는 알고리즘의 정확성을 증명하기 위해서는 1-사본 직렬성을 사용하였다.
본 논문은 Tertiary 저장장치를 이용한 대용량 비디오 서버의 설계와 구현에 대해서 기술한다. 서버는 서비스와 프로세스 관리 서브시스템, 자원 관리 서브시스템, 입출력 관리 서브시스템의 세 부분으로 구성된다. 입출력 대역폭이 낮은 Tertiary 저장장치의 효율적인 사용을 위해 디스크 캐쉬 풀 모델을 사용하고, 적절한 스케줄링 정책과 캐슁 알고리즘을 이용하여 가능한 많은 사용자를 수용한다. 서버는 Windows 2000에서 시스템 서비스로 구현되었으며 디스크 캐쉬의 효과적인 사용으로 Tertiary 저장장치의 낮은 대역폭을 최대한 활용하여 접속된 사용자에게 안정된 비디오 스트리밍 서비스를 제공한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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