임베디드 시스템에 많이 사용되는 리눅스 환경에는 FAT, NTFS, Ext2 등 다양한 파일 시스템이 사용된다. 임베디드 시스템에 탑재된 파일 시스템은 미니 하드 디스크 또는 플래시 메모리를 미디어로 채택하고 있다. 이러한 장치에 구현되는 파일 시스템의 종류는 응용 프로그램의 성능에 많은 영향을 미친다. 동일한 미디어에서 파일시스템의 성능요인은 블록 읽기, 블록 쓰기, 그리고 블록 해제 오버헤드이다. 이 중에서 블록 읽기와 블록 해제 성능은 파일시스템에 따라 큰 차이를 보이지 않는다. 이 논문에서는 리눅스에서 지원하는 다양한 파일시스템에서 블록 할당과 쓰기 성능을 벤치마킹한다. 다양한 실험을 통하여 얻어진 결과로부터 각 파일 시스템의 특성들을 살펴본다.
최근 리눅스의 보급이 활발하게 이루어지면서 저비용으로 슈퍼컴퓨터의 성능에 버금가는 클러스터 시스템이 활발히 구현되고 있다. 이에 맞추어 클러스터 전체 노드 디스크의 저장 공간을 효율적으로 사용할 수 있는 네트워크 파일 시스템이 필요로 하게 되었다. 클러스터 파일 시스템 구축시 가장 보편적으로 사용되는 파일 시스템인 Network File System(NFS)은 보안의 위험성과 데이터 access시 성능이 떨어지는 단점 때문에 NFS을 대체할 수 있는 파일시스템을 필요로 하게 되었다. 본 논문에서는 리눅스에서 사용하는 Ext3 파일 시스템의 성능을 기준으로 최근 활발한 연구가 진행중인 파일 시스템중 하나인 가상 병렬 파일 시스템과 NFS와의 성능 비교 및 시험을 통하여 최적화된 Cluster 파일 시스템에 대해서 연구하고자 한다.
요즘 네트웍과 PC의 성능이 향상됨에 따라 값싼 PC를 빠른 네트웍으로 묶어 높은 성능을 얻고자 하는 클러스터 시스템에 대하여 많이 연구되어 왔다. 이러한 연구의 한 분야로서 클러스터 시스템에서 각 노드의 CPU나 메모리에 비하여 상대적으로 느린 디스크에 접근하는 파일 시스템을 효율적으로 구성하려는 연구가 이루어지고 있다. 기존 클러스터 파일 시스템은 기존에 연구되었던 분산 시스템의 파일 시스템을 그대로 사용하는 경우가 많았다. 기존 분산 시스템들은 클러스터 시스템과 유사한 부분들이 존재 하지만 다른 부분도 존재한다. 클러스터 시스템을 사용하는 사용자에게 높은 성능의 데이터 입출력과 효율적인 지원을 위해서는 클러스터 시스템의 특성을 잘 활용하는 클러스터 파일 시스템에 대한 연구가 필요하다. 본 논문에서는 클러스터 시스템의 특성을 잘 활용하는 캔 클러스터 파일 시스템의 설계 및 구현에 대하여 기술한다. 캔 클러스터 파일 시스템은 자료 저장 시스템을 클러스터 시스템의 특성을 잘 활용하는 단일 디스크 입출력을 사용하고 그 위에 상호 협력 캐쉬를 구현함으로서 높은 대역폭의 데이터 입출력을 제공한다. 이러한 캔 클러스터 파일 시스템의 성능을 기존 파일 시스템 중 PVFS와 테스트 프로그램 수행을 통하여 성능을 비교, 분석한다.
하드웨어의 발달과 인터넷의 보편화로 점차 정보의 보안의 필요성이 대두되었다. 암호화 파일 시스템은 사용자의 기밀성을 요구하는 파일의 안전한 저장을 위해 제안되었다. 이 암호화 파일 시스템은 사용자에게 투명성을 제공하여 사용의 편리성을 제공한다. 또한 기존의 암호화 시스템이 사용자 영역에서 이루어져 문맥교환의 횟수가 많아 시스템의 성능이 떨어지는데 반해 암호화 파일 시스템은 커널레벨에서 암호화 서비스가 이루어지므로 시스템의 성능이 저하되는 것을 방지해준다. 하지만 암호화 서비스 자체가 큰 과부하가 되어 일반 파일 시스템에 비해 성능이 많이 떨어진다는 단점이 있다. 따라서 본 논문에서는 클러스터 기반의 파일 시스템을 통해 암호화 파일 시스템의 부하를 분산시켜 성능을 개선함과 동시에 암호화된 파일을 분산 저장하므로 보안성을 높여준다. 제안된 암호화 파일 시스템은 시스템이 확장되었을 경우 그와 비례해서 시스템의 성능이 개선됨을 알 수 있다.
파일시스템과 I/O 워크로드에 따라 Solid State Drive (SSD)의 성능은 변하는 것이 일반적인 사실이지만 파일시스템과 SSD과의 상관 관계는 명확히 알려지지 않았다. 파일시스템과 SSD 간의 상관관계 그리고 성능을 이해하기 위해 SSD과 4개의 파일 시스템을 IOzone 벤치마크에서 다양한 I/O 크기와 direct I/O 모드에서 실험을 하였다. Nilfs2를 제외한 모든 파일 시스템의 성능이 일정하지 않은 것으로 보이고 2MB 이상의 파일 크기에서는 100MB/s 정도의 성능을 보이고 있다. 반면 Nilfs2의 경우는 레코드 크기, I/O 단위가 작을 경우 성능 역시 낮고 I/O의 크기가 커질 경우 그 성능이 같이 증가하고 있는 것을 볼 수가 있다.
최근 휴대용 단말기 및 임베디드 시스템 등을 위한 저장 장치로서 플래시 메모리가 각광받고 있다. 이때 저장 장치 관리를 위한 플래시 메모리 파일 시스템의 역할이 중요한데, 이를 위해 전용 플래시 메모리 파일 시스템이 제안되기도 했지만 산업계에서는 사실상의 표준으로 FAT 파일 시스템이 광범위하게 사용되고 있다. 그러나 FAT 파일 시스템은 플래시 메모리의 물리적 특성을 고려하지 않고 설계되었기에 성능상 개선의 여지가 있다. 본 논문에서는 FAT 파일 시스템을 대상으로 플래시 메모리의 동작 특성을 고려한 성능 최적화 기법을 제안한다. 구체적으로 본 논문에서 제안되는 기법은 파일 삭제 시 FAT 파일 시스템의 기본 동작을 확장한 것으로 플래시 메모리 위에서 동작하는 FAT 파일 시스템의 쓰기 성능을 개선하는 효과를 보여 준다. 실험 결과 약 $29\%$의 쓰기 성능 개선 효과가 있음을 확인할 수 있었다.
최근 대용량 데이터의 저장과 검색을 요구하는 파일시스템이 필요하게 됨에 따라, 별도의 서버를 두지 않고 분산된 클라이언트가 메타데이터를 직접 관리하면서 모든 저장 장치들에 접근할 수 있는 SAN 기반 리눅스 클러스터 파일시스템의 연구가 활발하게 진행 중에 있다. 이러한 대규모 파일 시스템을 위해서는 동적 해싱을 이용한 디렉토리 관리가 요구되므로, 본 논문에서는 그 중 확장 해싱 디렉토리 구조와 선형 해싱 디렉토리 구조를 설계 및 구현하고, 구현된 시스템을 이용하여 성능평가를 통해 두 디렉토리 구조의 성능을 분석한다. 비교 분석 결과, 파일의 삽입 성능에서는 선형 해싱 기반의 디렉토리가 우수하였으나, 공간 활용면에서는 확장 해싱 기반의 디렉토리가 우수한 성능을 보였다.
플래시 저장장치는 순차 쓰기패턴에 높은 성능을 보이고, 랜덤 쓰기패턴에 낮은 성능을 보인다고 알려져 있다. 그러나 실제 응용 프로그램은 동작 방식에 따라 복합적인 패턴을 보일 수 있다. 본 논문은 대표적인 모바일 응용으로서 웹 브라우저 응용의 파일시스템 접근 특성을 정량적으로 분석하고자 한다. 최근에 안드로이드 스마트 폰에 채택된 Ext4 파일시스템을 기준으로 웹 브라우저 응용의 파일시스템 요청들을 성능개선점을 지적하고자 한다.
임베디드 시스템에 많이 사용되는 리눅스 환경에는 Ext2, FAT, NTFS 등 다양한 파일 시스템이 사용된다. 임베디드 시스템에 탑재된 파일 시스템은 미니 하드 디스크 또는 플래시 메모리를 미디어로 채택하고 있다. 이러한 장치에 구현되는 파일 시스템의 종류는 응용 프로그램의 성능에 많은 영향을 미친다. 동일한 미디어에서 파일시스템의 성능 요인은 블록 할당과 블록 해제 오버헤드이다. 이 중에서 블록 해제 성능은 파일시스템에 따라 큰 차이를 보이지 않는다. 이 논문에서는 임베디드 시스템의 Ext2, FAT, 그리고 NTFS 파일 시스템에서 블록 할당 성능을 비교 분석한다. 그래서 어떤 경우에 어느 파일 시스템이 우수한지에 대하여 고찰한다.
분산 파일시스템의 클라이언트 측에 SSD 장치를 캐시 장치로 사용하여 분산 파일시스템의 읽기 성능을 향상시키고, Back-end 데이터 서버의 부하를 줄일 수 있다. 이러한 성능 향상을 통하여 기존의 대용량 스토리지 지원만이 가능했던 분산 파일시스템의 적용 분야를 고성능이 필요한 분야로 확장할 수 있다. 본 논문은 국내에서 개발된 분산 파일시스템인 MAHA-FS에 클라이언트 측의 SSD 캐시를 적용하여 가상 데스트톱의 입출력 성능을 향상시킬 수 있음을 보여준다. 실험 결과 NFS에 비해 가상 머신 이미지 배포 시간은 2배 이상, 부팅 시간은 3배 이상 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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