본 논문에서는 대용랑 스토리지를 공유하는 스토리지 클러스터 시스템을 위한 매핑 테이블 기반의 스냅샷 기법을 제안한다. 스냅샷 상태 비트를 이용한 디스크 기반의 스냅샷 기법을 개선한 스냅샷 상태 테이블을 메모리에 유지하는 스냅샷 기법을 제안한다. 스냅샷 상태 테이블은 최초 할당 비트(FAB:First Allocation Bit)와 스냅샷 상태 비트(SSB:Snapshot Stautus Bit)로 구성되고 기존 스냅샷 기법이 갖는 문제점들을 해결한다. 스냅샷 생성 시 대상 저장 장치에 대한 I/O의 중단없이 데이터의 일관성을 보장한다. 또한 쓰기 연산 수행 시 COW의 수행 여부 판단을 스냅샷 상태 테이블의 FAB와 SSB를 이용하여 매핑 블록에 대한 추가적인 I/O를 없앤다. 스냅샷 삭제 시 매핑 블록에 대한 접근 없이 COW 수행 여부 판단을 처리하여 성능을 향상시킨다.
오늘날 우리가 사용할 수 있는 정보의 양은 실로 막대하면서도 지속적으로 늘어가고 있는 추세이며, 동시에 데이터들의 신속한 처리에 대한 관심이 늘고 있다. 특히 GIS에서 사용되는 대용량 데이터나 빠른 처리 속도가 요구되는 인증 시스템 데이터와 같은 다양한 종류의 데이터 특성을 고려하여 효율적인 관리를 하는 데이터베이스 관리 시스템을 필요로 하고 있다. 스냅샷 데이터를 갖는 다중 레벨 공간 DBMS는 대용량, 또는 빠른 트랜잭션 처리 속도가 필요한 데이터들을 효율적으로 관리하는 데이터베이스 관리 시스템으로서, 대용량 데이터는 디스크 데이터베이스에서 그리고 빠른 트랜잭션 처리를 요구하는 데이터들은 스냅샷의 형태로 메모리 데이터베이스에서 관리한다. 메모리 데이터베이스에 저장되는 스냅샷은 상대적으로 더욱 중요한 스냅샷들이 집중적으로 생성되거나 스냅샷이 가진 특성이 변화될 경우, 메모리 데이터베이스 내에서의 저장 가치를 잃을 수가 있다. 따라서 메모리 데이터베이스에 불필요한 스냅샷들이 축적되는 문제를 해결하고 메모리의 이용성과 성능을 보존하기 위해서 효율적으로 스냅샷들을 교체하는 기법이 필요하다. 본 논문에서는 다중 레벨 공간 DBMS에서 질의 패턴을 이용한 효율적인 스냅샷 교체 기법을 제안한다. 제안된 기법은 메모리 데이터베이스 내에서 스냅샷에 대한 교체요청이 있을 경우, 메모리 데이터베이스 및 메모리 관리 시스템의 상창을 분석하여 주어진 상황에 대응하는 스냅샷 교체 기법을 수행한다.
최근 기업, 학교 등에서 가상 데스크톱 환경을 구축하는 사례들이 확대되면서 보다 효율적이고 안정적인 서비스를 제공할 수 있는 적합한 스토리지 시스템 도입이 요구되고 있다. 가상 데스크톱 시스템은 대부분 가상 데스크톱의 기본 이미지를 스토리지 시스템에 저장하고 다수의 가상 데스크톱 스냅샷들이 기본 이미지를 공유하도록 함으로써 시스템 운영과 보안 그리고 자원 활용을 높이도록 구성한다. 이러한 가상 데스크톱 이미지는 파일 시스템에서 파일 기반으로 저장되고 관리된다. 따라서 파일 시스템에서 파일 기반의 스냅샷 기능이 필요하다. 하지만 일반 파일 시스템에서는 스냅샷과 같은 기능이 제공되지 않기 때문에 이미지를 QCOW2 등과 같은 파일 포맷으로 만들어서 스냅샷 기능을 사용할 수 있다. 하지만 스냅샷 기능을 수행하기 위해서는 파일 데이터를 읽고 쓰는 동작이 함께 수반되어야 하기 때문에 가상 데스크톱 성능에 커다란 영향을 미칠 수 있으며 가상 데스크톱 환경이 확장함에 따라 파일 데이터 입출력으로 인한 오버헤드로 서비스를 제공하기 어렵게 된다. VDI-FS 시스템은 가상 데스크톱 환경을 지원하기 위한 파일 시스템으로 기본 이미지와 스냅샷들 간의 메타데이터 및 데이터 공유를 제공하며 보다 효율적인 스냅샷 기능을 제공한다. 본 논문에서는 VDI-FS 시스템에 대한 소개와 스냅샷을 지원하는 방법에 대해 기술한다. 그리고 NFS에서 QCOW2 를 이용한 스냅샷을 사용했을 때와 VDI-FS 시스템에서 스냅샷을 사용했을 때와의 성능 비교를 통하여 VDI-FS 시스템의 스냅샷 기능이 우수한 성능을 보임을 제시한다.
스토리지 스냅샷은 특정한 시점의 스토리지 시스템의 이미지를 말하며, 데이터의 보호 및 유지를 위한 필수적인 기술이다. 스냅샷 구현을 위해서는 블록 수준, 파일 시스템 수준, 하드웨어 수준으로 구현이되지만, 파일 시스템 캐시에 대한 처리 등으로 인해 스냅샷 일관성이 깨지거나, 하드웨어 혹은 파일시스템에 종속적이여서 여러 파일시스템과 하드웨어에 일관적인 스냅샷을 제공할 수가 없다. 또한, 대부분의 스냅샷들은 정적 스냅샷을 제공하여, 스냅샷 생성시간 동안 시스템의 서비스를 멈춰야 한다. 본 논문에서는 파일시스템과 하드웨어에 독립적이면서, 온라인 스냅샷 방법을 제안한다.
스토리지 스냅샷(snapshot) 기술은 특정 시점의 데이터를 보전하고, 필요할 때 원하는 시점의 데이터를 복구하여 접근하기 위한 기술로 스토리지 보호 응용 개발에 필수적인 기술이다. 이 논문에서는 기존의 스냅샷 기술이 스토리지 하드웨어 벤더에 종속되거나 파일시스템이나 가상 블록장치에 종속되는 문제를 해결하고 온라인으로 스냅샷을 생성하기 위한 새로운 스냅샷 방법을 제안한다. 이 논문에서는 제안하는 스냅샷 기술은 가상파일시스템의 변경연산에 대한 로그를 추출하는 방식을 이용하여 파일시스템, 가상 블록장치, 하드웨어에 독립적으로 동작하는 스냅샷 기술을 설계하고 개발한다. 또한, 개발하는 스냅샷 기술은 디렉토리 및 파일 단위의 스냅샷을 스토리지 서비스 중단 없이 생성하고 관리 한다. 마지막으로 실험을 통해서 제안하는 스냅샷 기술의 스냅샷 생성시간 및 스냅샷으로 인한 성능 저하를 측정한다.
대규모 분산시스템에서 실행되는 전역적인 스냅샷 알고리즘의 메시지 통신 비용을 낮추기 위해, 일관성 유지에 필요한 최소 프로세스만 스냅샷 갱신에 참여하는 분산 스냅샷 알고리즘을 제안한다. 기존의 알고리즘들과는 다르게 수신 메시지에 대해서만 스냅샷 갱신을 요청하고, 스냅샷 설정 중 송신되는 메시지의 수신 프로세스에 대한 알고리즘 참여도 제한한다.
본 논문에서는 대용량 스토리지를 공유하는 스토리지 클러스터 시스템에서 스냅샷 생성 이후 발생하는 쓰기 연산의 성능 저하를 해결하는 매핑 테이블 기반의 스냅샷 기법을 제안한다. 대용량 공유 스토리지 클러스터 시스템의 스냅샷 기법은 몇 가지 심각한 성능상의 문제점을 갖는다. 첫째 스냅샷 생성 시 스냅샷 매핑 테이블을 복사하는 기간동안 대상 저장 장치에 대해 모든 호스트의 접근 및 서비스가 중지된다. 둘째 스냅샷 시점의 데이타의 유지를 위해 수행되는 Copy-on-Write(COW) 이후에 발생하는 데이타 블록의 변경은 COW의 수행 여부의 판단을 위해 스냅샷 매핑 블록에 대한 추가적인 디스크 I/O의 요구로 쓰기 연산의 성능이 저하된다. 셋째 스냅샷 삭제 수행 시에도 COW가 수행되었는지 판단하기 위한 매핑 블럭에 대한 추가적인 디스크 I/O가 요구되어 동시 수행되는 I/O 연산의 성능 저하를 가져온다. 제안한 스냅샷 기법에서는 최초 할당 비트(FAB: First Allocation Bit)와 스냅샷 상태 비트(SSB: Snapshot Stautus Bit)를 매핑 엔트리에 도입하여 기존 스냅샷 기법이 갖는 문제점들을 해결하였다. 스냅 샷 생성시 대상 저장 장치에 대한 I/O의 중단 없이 데이타의 일관성을 보장한다. 또한 쓰기 연산 수행 시 COW의 수행 여부 판단을 원본 매핑 엔트리의 FAB와 SSB를 이용하여 스냅샷 매핑 블록에 대한 추가적인 I/O를 없앤다. 동일한 방법으로 삭제 시의 COW 수행 여부 판단을 처리하여 성능을 향상시킨다. 원본 매핑 엔트리의 SSB를 통해 할당을 해제하는 방식으로 성능을 향상시키는 스냅샷 수행 기법에 대해 설계하고 구현한다.
스냅샷은 파일 시스템의 손상 또는 사용자의 부주의로 인한 데이터 손실을 방지하기 위한 기술로 크게 볼륨 단위로 스냅샷 이미지를 생성하는 방법과 파일 단위로 스냅샷 이미지를 생성하는 방법으로 나뉜다. 첫 번째 방법은 현재 널리 사용되고 있는 방법으로 스냅샷 이미지를 생성하는데 걸리는 시간이 짧고 디스크 관리가 용이하다는 장점과 생성된 이미지의 개수와 파일 시스템의 I/O 성능이 반비례한다는 단점을 가지고 있다. 두 번째 방법은 다수의 스냅샷 이미지를 생성한 후에도 파일 시스템의 I/O 성능이 저하되지 않는다는 장점과 스냅샷 이미지를 생성하는데 걸리는 시간이 파일의 개수와 비례한다는 단점을 가지고 있다. 본 논문에서는 기존의 파일 시스템 단위의 스냅샷 기능이 가지는 단점을 극복하기 위한 Open ROW Snapshot에 대해서 언급한다.
다양한 스토리지와 파일 시스템들이 시스템의 신뢰도를 증가시키기 위해 스냅샷을 이용하고 있다. 하지만 현재 널리 사용되고 있는 볼륨 단에서의 스냅샷은 스냅샷 이미지를 생성하는데 필요한 시간이 볼륨의 크기에 비례하고 스냅샷 이미지를 생성하는 동안의 '파일시스템 입출력 성능'이 현저하게 저하되는 단점이 있다. 이러한 단점을 극복하기 위해 파일 시스템 단에서의 스냅샷 기법에 대한 연구가 진행되어 왔으며 "snapFS", "Ext3Cow" 그리고 "New version of SnapFS" 등의 파일 시스템들이 개발 되었다. 본 논문에서는 네트워크로 연결된 스토리지 상에서의 데이터 복구를 효율적으로 처리하기 위해 대용량 파일을 처리하는데 적합한 XFS에 스냅샷 기능을 추가한 snap+XFS에 대해 언급한다.
다중 레벨 공간 DBMS 는 디스크 기반 DBMS 와 메인 메모리 저장관리자를 통합한 시스템이다. 다중 레벨 공간 DBMS 는 디스크 기반 DBMS 를 사용하여 대용량 데이터를 저장하고 자주 이용되는 데이터만 스냅샷으로 메인 메모리에 상주 시켜 빠르게 트랜잭션을 처리한다. 그러나 시스템 운영상에서 스냅샷의 중복 생성 및 부적절한 갱신 주기의 문제가 발생하여 시스템의 성능을 저하시킨다. 그래서 본 논문에서는 스냅샷 데이터 관리를 위한 관리도구를 제안한다. 본 관리도구는 스냅샷의 생성 및 삭제, 동기화 등의 조작 기능을 제공하고, 메타데이터를 관리하여 통계정보 및 스냅샷 상세정보를 제공하여 최적화를 위한 판단기준으로 사용 할 수 있도록 한다. 본 도구를 이용하면 관리자가 시스템이 발견하지 못한 스냅샷의 중복된 영역 및 최적인 갱신 주기를 판단 하고 스냅샷을 조작해 시스템의 성능을 보다 최적 할 수 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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