분산 파일시스템의 클라이언트 측에 SSD 장치를 캐시장치로 사용하여 분산파일시스템에 부족한 랜덤 입출력 성능을 향상시키고, Back-end 데이터 서버의 부하를 줄일 수 있다. 본 논문은 국내에서 개발된 분산파일시스템인 MAHA-FS의 클라이언트 측에 읽기 캐시로 SSD 장치를 지원함으로써 캐시 히트시에 읽기 성능을 향상 시킬 수 있음과 더불어 읽기 캐시의 기능 추가로 인한 쓰기 성능의 저하가 없음을 보여준다. 본 논문에서 제안한 SSD 캐시를 이용하여 분산파일시스템의 활용 분야을 넓힐 수 있을 것으로 기대한다.
분산 파일시스템은 서로 분산된 여러 서버들을 가지고 파일 시스템을 구성함으로써 높은 확장성과 고가용성을 지원한다. HDFS는 대용량 데이터 저장장치로 처리되고 있지만 실시간 파일 접근에 관한 고려는 부족하다. 파일을 읽을 때 네임노드와 데이터 노드는 상호 작용을 하지만 엄청난 대용량의 데이터 그리고 동시작업량이 많을 때 접근수행속가 급격하게 감소하게 된다. 따라서 실시간 클라우드 서비스 환경에서 HDFS 파일 접근 수행속도를 향상시키기 위한 연구가 이슈이다. 본 논문에서는 HDFS의 위에 분산 캐시를 둔 새로운 캐시시스템을 제안한다.
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.
분산파일시스템 환경에서는 디스크 접근 비용을 줄이기 위해 각 노드에 캐시된 데이터를 서로 공유하는 협력캐시 알고리즘이 사용된다. 협력캐시 알고리즘은 분산되어있는 시스템들의 캐시정보를 서로 공유하여 가상으로 더 큰 캐시를 형성함으로써 캐시 히트율을 높이고 디스크 접근을 줄이는 방법이다. 기존에 제안된 협력캐시 알고리즘들은 캐시에 대한 근사정보를 이용하여 메시지 비용을 줄이고, 로컬캐시영역과 글로벌캐시 영역을 가변적으로 사용하여 캐시 히트율을 높이고 있다. 또한 버퍼 교체 시 교체된 버퍼를 비활동적인 노드로 보내어 계속 캐시에 유지하도록 하여 전역 버퍼 히트율을 높이는 장점을 갖는다. 그러나 잘못된 근사정보가 성능을 저하시킬 수 있으며 일관성 유지를 위한 메시지교환 비용이 많이 든다는 단점을 갖고 있다. 또한 비활동적인 노드를 선정하기 위해 사용되는 각 노드의 에이지 정보 관리비용이 많이 드는 단점을 갖고 있다. 본 논문에서는 정확한 캐시정보를 유지하며 일관성 유지비용과 버퍼 에이지 정보 관리비용을 최소화시키는 협력캐시 알고리즘을 제안한다. 그리고 성능평가를 통해 기존의 협력캐시 알고리즘과 비교하여 제안하는 알고리즘의 우수성을 보인다.
본 논문에서는 분산 디렉토리 시스템에서 질의 처리 속도를 향상시키기 위하여 원격지의 객체에 대한 질의와 결과를 요청지의 캐시에 저장하는 캐싱 메카니즘을 제안한다. 이를 위하여 첫째, 분산 디렉토리 시스템에 저장되는 캐시 정보를 응용 데이터 정보, 시스템 데이터 정보로 분류하고, 분류된 캐시 정보를 기반으로 캐시 시스템 구조를 설계하였다. 둘째, 각각의 캐시에 대한 거리 정보와 접근 회수를 가중치로 부여한 최소-TTL 대체 기법을 개발하였다. 마지막으로 제안된 캐시 기법과 타 기법(LRU, LFU 대체 기법)에 대하여 성능 평가를 수행하여 제안된 기법이 LRU 기법 보다 25%의 성능향상을 보였으며, LFU 기법보다는 30%의 성능향상 결과를 보였다.
본 논문에서는 분산 디렉토리 환경에서 질의 처리 속도를 향상 시키기 위하여 원격지의 객체에 대한 질의와 결과를 요청지의 캐시에 저장하는 캐싱 메카니즘을 설계하였으며, 설계 단계는 다음과 같이 6단계로 나누어 진행하였다. 첫째, 분산 디렉토리 시스템에 저장되는 캐시 정보를 응용 데이타 정보, 시스템 데이타 정보, 메타 데이타 정보로 분류하였다. 둘째, 분류된 캐시 정보를 기반으로 캐시 시스템 구조를 설계하였다. 셋째, 각각의 캐시 정보에 대한 저장 구조를 설계하였다. 넷째, 데이타 캐시(응용 데이타 캐시, 시스템 데이타 캐시)의 대체 알고리즘으로 거리 정보와 접근 회수를 가중치로 부여한 최소-TTL 대체 알고리즘을 제안하였다. 다섯째, 질의에 대한 탐색 공간의 범위를 좁힘으로써 질의 처리 속도를 향상시키기위해 이전 질의를 재구성한 메타 데이타 트리를 저장하는 메타 데이타 캐시의 운영 알고리즘을 개발하였다. 마지막으로, 제안된 캐시 메카니즘과 타 메카니즘과 성능 평가를 수행하여 제안된 메카니즘의 우수성을 입증하였다.
분산 DBMS에 대한 연추는 디스크에 데이타가 저장되어 있는 환경을 가정한 관계 DBMS에서 주로 진행되어 왔다. 디스크에 데이타가 저장되어 있다고 가정하는 시스템은 질의 최적화, 버퍼 관리기, 인덱스관리 기법 등 여러 가지 측면에서 주기억 장치 DBMS와 크게 다르기 때문에 이런 분산 DBMS에서 연구된 결과들을 그대로 주기억장치 상주 DBMS의 분산 시스템에 적용하기에는 어려움이 있다. 본 논문에서는 이러한 주기억장치 상주 중앙 집중형 DBMS를 분산 시스템으로 확장할 때 고려해야 한 여러 문제 중 캐시의 유무에 따른 카탈로그의 구조에 대해 살펴보고 시뮬레이션을 통해 카탈로그 관리기법에 대한 성능을 평가한다. 카탈로그 관리 기법의 성능평가 대상으로는 사이트의 자치성을 고려하여 분할된 카탈로그 방식을 택하였다. 실험의 결과는 캐시를 이용하는 카탈로그가 캐시를 사용하지 않는 카탈로그보다 좋은 성능을 나타냈다.
고용량 멀티미디어 데이터의 사용 증가와 인터넷 사용 인구의 폭발적인 증가로 현재의 네트워크 인프라로는 사용자의 요구를 충분히 수용하지 못하고 있는 상황이다. 이러한 문제를 해결하기 위해 제시된 웹캐싱 기술도 캐시 서버에 부하가 집중될 때에 지속적인 서비스를 해 주는 것이 불가능한 경우가 발생한다. 본 논문에서는 여러 대의 캐시 서버를 다양한 형태의 가상 캐시 서버로 구축하여 캐시 서버 한 대에 집중되는 부하를 분산하는 방안에 대해서 연구하였다. 이를 위하여 가상 캐시 서버 시스템을 다양한 구성 방식과 알고리즘에 따라 구축하고 성능을 평가하였다. 이런 과정을 거쳐서 멀티미디어 데이터의 스트리밍 서비스에 가장 적합한 구성 및 알고리즘을 제시하였다.
최근 소셜 미디어의 성장과 디지털 기기의 활용이 증가함에 따라 기하급수적으로 데이터가 급증하고 있다. 기존 디스크 기반 분산 파일 시스템은 I/O 처리 비용 및 병목 현상으로 인해 데이터 처리나 데이터 접근 성능에 한계가 발생한다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 메모리에 데이터를 관리하는 캐시 기법이 활용되고 있다. 본 논문에서는 분산 메모리 환경에서 부하 분산을 처리하기 위한 캐시 관리 기법을 제안한다. 제안하는 기법은 노드의 메모리의 크기가 서로 상이한 환경에서 메모리 크기에 따라 데이터를 분배하고 노드의 부하가 발생할 경우 핫 데이터를 재분배한다. 또한, 캐시 항목의 재사용 가능성, 사용 빈도수, 접근 시간을 고려한 캐시 교체 기법을 제안한다. 성능 평가를 통해 제안하는 분산 캐시 기법이 기존에 캐시 관리 기법에 비해 우수함을 입증한다.
최근의 네트웍 환경에서는 멀티미디어 서비스와 대용량의 파일을 이용하는 어플리케이션의 증가로 인해 이를 충족시킬 수 있는 저장 장치가 요구되고 있는 실정이며 이러한 저장 장치를 이용한 분산 환경의 네트웍 파일 시스템이 필수적이 되었다. 실제로 ATM, Fast switched LAN, Fibre channel 같은 고속의 네트웍 발달로 인해 분산 환경의 네트웍 파일 시스템에서 디스크를 엑세스하는 속도보다 오히려 네트웍으로 연결된 원격지의 메모리를 액세스하는 것이 더 빨라졌다. 따라서 지역 디스크 캐싱 기법이 분산 환경의 네트웍 저장 시스템으로 적용되면서 전역적 메모리를 관리하는 것과 원격지간의 캐시 일관성 문제(cache consistency)를 고려하지 않을 수 없게 되었다. 본 논문에서는 분산 환경의 캐싱 기법을 살펴보고 전역적 메모리의 캐시 일관성 문제를 다루면서 이에 대한 설계방안 및 앞으로의 연구 방향을 제시한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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