[논문]NAS를 위한 신뢰성과 확장성이 있는 저장 장치 시스템

이태근; 강용혁; 엄영익

doi:10.3745/kipstd.2003.10d.7.1085

NAS를 위한 신뢰성과 확장성이 있는 저장 장치 시스템
Reliable and Flexible Storage System for NAS Environments 원문보기

정보처리학회논문지. The KIPS transactions. Part D. Part D, v.10D no.7, 2003년, pp.1085 - 1092

이태근 (성균관대학교 대학원 전기전자 및 컴퓨터공학과) , 강용혁 (극동대학교 경영학부) , 엄영익 (성균관대학교 정보통신공학부)

초록
AI-Helper

대용량, 고속의 멀티미디어 서비스가 일반화됨에 따라 컨텐츠를 저장하는 서버의 저장 장치 또한 대용량화되고 있다. 그러나 서버를 구성하는 다른 하드웨어 구성 요소에 비해 상대적으로 느린 저장 장치의 입출력 속도와 물리적 또는 논리적인 오류는 시스템 전반의 성능을 저하시키는 원인이 되고 있다. 또한 컨텐츠의 지속적인 증가로 인한 유연한 확장성이 필요하게 되었다. 본 논문에서는 이러한 문제점을 해결하기 위해 소프트웨어 RAID 사용하여 저장 장치의 성능을 향상시키고 신뢰성을 높였으며, LVM을 사용하여 저장 장치에 확장성을 부여하였다. 리눅스 커널 2.4.x에서 제공하는 이러한 기능들을 사용하여 신뢰성과 확장성이 있는 저장 장치를 구현하고 성능을 평가하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

The rapid growth of high speed multimedia services demands the large capacity of the server's storage that maintains the multimedia contents. Among the server's devices, the low I/O speed and physical or logical failure of storage device decrease the total performance of system. The continuous increase of multimedia contents require the flexibility of storage capacity. In order to solve the these problems, we propose the uses of software RAID and LVM techniques that provide the performance improvement and reliability of storage device and the flexibility of storage device respectively. In the LINUX 2.4 kernel, we implemented the reliable and flexible storage device and evaluated the performance of it.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

LVM으로 구성된 논리적인 영역은 커널에서는 하나의 물리적인 디스크 장치처럼 보이기 때문에 디스크와 파티션 구성에 유연성을 갖도록 할 수 있다. RAND의 경우 여러 개의 디스크를 이용하여 성능과 신뢰성을 향상시키는데 목적이 있지만 LVMe 시스템 운영시 동적으로 디스크 또는 파티션 구성을 바꿀 수 있는 확장성을 제공하는데 목적이 있다.
본 논문에서는 소프트웨어 RAID 레벨 5로 구현된 저장장치에 LVM을 적용하여 성능과 신뢰성 향상, 그리고 관리의 유연성을 제공하는 시스템을 구축하였다. 저장 장치의 구현에 사용된 하드웨어는<표 1>에서 보이는 바와 같으며 소프트웨어는<표 2>에서 보이는 바와 같다.
본 논문에서는 이러한 요구 사항들을 수용하기 위해 소프트웨어 RAID와 LVM을 적용하여 신뢰성과 확장성이 있는 NAS를 위한 저장 장치를 구현하고 성능을 평가하였다. 본 논문의 2장에서는 저장 장치 구현과 관련된 연구에 대해 기술하고, 3장에서는 저장 장치의 설계 및 구현에 대해 기술한다.
본 논문에서는 저장 장치에 신뢰성과 확장성을 갖게 하기 위해 소프트웨어 RAID와 LVM을 사용하여 저장 장치를 구성하고 성능 평가를 통하여 효용성을 입증하였다. 성능 평가의 결과에서 보이듯이 소프트웨어 RAID 레벨 5를 사용하여 성능을 향상시킬 수 있었으며 LVM을 추가한다고 하더라도 성능 저하가 미약하므로 LVM을 추가하여 얻을 수 있는 장점을 고려했을 때 NAS에 LVM을 탑재하는 것이 적합한 선택임을 알 수 있다.

제안 방법

4.1 절에서는 호스트 시스템에 구성된 저장 장치 본연의 성능을 평가 하였으며 4.2절에서는 NFS와 저장장치가 연동하여 NAS를 구성하였을 때의 성능을 평가하여 NAS에 적합한지 살펴보았다.
41절과는 달리 본 절에서는 3장에서 구현한 저장 장치가 NAS로 동작하였을 때의 성능을 평가 하였다. NAS로 동작하게 하기 위해서 저장 장치가 구현된 호스트 컴퓨터에 NFS 서버 기능을 추가하였다.
동작하였을 때의 성능을 평가 하였다. NAS로 동작하게 하기 위해서 저장 장치가 구현된 호스트 컴퓨터에 NFS 서버 기능을 추가하였다. NFS 클라이언트로는 Intel Pentium 3 IGhz 시스템에 한컴리눅스 2.
NFS 서버와 클라이언트의 구축에 사용된 네트워크 인터페이스는 Fast Ethernet으로 100Mbps의 대역폭을 가지고 있다. NFS 서버의 저장 장치를 NFS 클라이언트로 마운트하고 클라이언트에 설치된 bonnie++를 사용하여 4.1과 같은 방식으로 성능을 평가하였다.
reiserfs와 xfs같은 저널링파일시스템을 사용하면 정전과 같은 상황으로부터 빠르게 파일 시스템 복구가 가능한 고 가용성 기능도 추가할 수 있다. 그러나 본 논문에서는 리눅스에서 가장 일반적으로 사용되는 ext2 파일시스템을 사용하여 저장 장치를 구현하였다[7, 9].
본 장에서는 3장에서 구현한 저장 장치의 성능 평가를 수행하였다. 4.
NAS는 주로 대용량의 파일 서비스를 목적으로 하므로 본 논문에서는 bonnie++가 제공하는. 성능 평가 항목 중에 블록 쓰기 및 읽기, 임의의 파일 찾기 (Random Seeks), 그리고 각 평가 항목에 대한 CPU 사용률을 측정하여 성능 평가를 수행하였다[10, 11].
1 절의 경우 호스트 시스템에 설치된 메모리 용량인 256MB의 2배가 넘는 600MB의 파일을 생성하고 삭제하도록 하였다. 역시 마찬가지로 4.2절의 경우 쓰기 및 읽기를 요청하는 NFS 클라이언트 시스템에 설치된 메모리 용량인 256MB의 2배가 넘는 600MB의 파일을 생성하고 삭제하도록 하였다.

이론/모형

bonnie++ 는 POSIX 표준 API를 사용하여 파일시스템의 입출력속도와 CPU 사용률을 측정한다. NAS는 주로 대용량의 파일 서비스를 목적으로 하므로 본 논문에서는 bonnie++가 제공하는. 성능 평가 항목 중에 블록 쓰기 및 읽기, 임의의 파일 찾기 (Random Seeks), 그리고 각 평가 항목에 대한 CPU 사용률을 측정하여 성능 평가를 수행하였다[10, 11].
RAID 레벨 5는 3개 이상의 디스크로 구성된다. 데이터의 복원 방식은 패리티 방식을 사용한다. 데이터는 블록 단위로 기록되며, 패리티도 데이터와 마찬가지로 데이터용 디스크에 분산되어 기록된다.

성능/효과

3.2절에서 살펴보았듯이 커널 내부의 LVM 층은 저장 장치의 논리적인 저장 위치와 물리적인 저장 위치의 사상 테이블을 유지한다. 이것은 응용 프로그램에서 LVM으로 구성된 저장 장치에 읽기 또는 쓰기를 위해서 접근을 할 때 커널 내부의 LVM 층에 접근하여 사상 테이블로부터 논리적인 저장 위치를 물리적인 저장 위치로 변환해야 한다는 것을 의미한다.
따라서 디스크 장애 시 복제된 다른 디스크를 사용함으로서 데이터를 간단히 복원할 수 있다. 디스크 입력 성능은 단일 디스크를 사용할 때와 같으며, 디스크 출력 성능은 쌍을 이루는 디스크가 동시에 동작하므로 단일 디스크를 사용할 때 보다 2배 정도 좋은 성능을 가진다. 하지만 전체 디스크 용량의 절반만 사용 가능하고, 구성비용이 가장 많이 든다는 단점이 있다[3, 4],
따라서 RAID5를 사용하여 성능 및 신뢰성을 향상시킬수 있고 LVM을 추가함으로써 저장 장치 확장이 유연해지므로 RAID5 + LVM기반의 NAS를 구현하는 것이 가장 적합한 선택임을 알 수 있다.
즉, LVM 사용으로 인한 성능 저하가 발생하지 않는다고 봐도 무방하다. 또 블록 읽기 결과와 유사하게 임의의 &일 찾기 결과에서도 Single Disk에 비해서 거의 2배에 가까운 성능 향상을 얻을 수 있었다.
성능 평가의 결과에서 보이듯이 소프트웨어 RAID 레벨 5를 사용하여 성능을 향상시킬 수 있었으며 LVM을 추가한다고 하더라도 성능 저하가 미약하므로 LVM을 추가하여 얻을 수 있는 장점을 고려했을 때 NAS에 LVM을 탑재하는 것이 적합한 선택임을 알 수 있다. 또한 NFS를 사용한 NAS 클라이언트의 성능 평가를 통해 이러한 구성이 NAS 클라이언트에 적합한 것임을 알 수 있었다. 물론 소프트웨어 RAID 레벨 5와 LVW을 탑재함으로써 NAS의 전체적인 CPU 사용률이 높아지는 단점이 발생하지만 NAS는 파일 서비스만을 제공하므로 추가적인 오버헤드가 필요하지 않다는 점을 고려해보면 이러한 단점이 시스템에 큰 영향을 미치지 않는다는 것을 알 수 있다.
또한 NFS를 사용한 NAS 클라이언트의 성능 평가를 통해 이러한 구성이 NAS 클라이언트에 적합한 것임을 알 수 있었다. 물론 소프트웨어 RAID 레벨 5와 LVW을 탑재함으로써 NAS의 전체적인 CPU 사용률이 높아지는 단점이 발생하지만 NAS는 파일 서비스만을 제공하므로 추가적인 오버헤드가 필요하지 않다는 점을 고려해보면 이러한 단점이 시스템에 큰 영향을 미치지 않는다는 것을 알 수 있다.
성능 평가의 결과에서 보이듯이 소프트웨어 RAID 레벨 5를 사용하여 성능을 향상시킬 수 있었으며 LVM을 추가한다고 하더라도 성능 저하가 미약하므로 LVM을 추가하여 얻을 수 있는 장점을 고려했을 때 NAS에 LVM을 탑재하는 것이 적합한 선택임을 알 수 있다. 또한 NFS를 사용한 NAS 클라이언트의 성능 평가를 통해 이러한 구성이 NAS 클라이언트에 적합한 것임을 알 수 있었다.
<표 3>과는 반대로 RAND가 적용된 저장 장치를 가진 NFS 서버를 사용하는 NFS 클라이언트의 평균 CPU 사용률이 현저히 낮다. 이러한 결과는 NAS를 사용하는 클라이언트에 매우 유리한 것으로서 적은 CPU 사용률은 클라이언트의 작업에 부담을 덜어 줄 것이다.

후속연구

5Mbyte/sec) 의 대역폭만을 제공하는 네트워크의 성능 제약 때문이라고 할 수 있다. 네트워크의 성능 제약으로 인한 저장 장치의 성능 저하는 Gigabit Ethernet등의 더 빠른 네트워크 환경에서의 성능 평가를 통하여 확인할 수 있을 것이다.

참고문헌 (12)

손재기, 이형수, 민수영, 박창원, '임베디드 리눅스를 이용한 네트웍 저장장치 연구 개발,' 제1회 자료저장 시스템 연구회 워크샵, pp. 185-190, 2001
Garth A. Gibson and Rodney Van Meter,' Network Attached Storage Architecture,' Communications of the ACM, Vol.43, No.II, pp.37-45, 2000

상세보기
Peter M. Chen and Edward K. Lee and Garth A. Gibson and Randy H. Katz, 'PAID : High-Performance, Reliable Secondary Storage,' ACM Computing Surveys, Vol.26, No.2, pp.145-185, 1994

상세보기
Advanced Computer & Network Corporation, 'Get To Know RAID,' http://www.acnc.com/04_01_00.html
Jakob Ostergaard, 'Jakob Ostergaard,' http://www.linuxdoc.org
David Teigland, 'Volume Management in Linux,' Sistina Software, Inc., 2001
AJ Lewis, 'LVM HOWTO,' http://www.sistina.com
Michael Hasenstein, 'WHITEPAPER The Logical Volume Manager(LVM),' SuSE, Inc., 2001
Bar,Moshe, 'Linux File Systems,' McGraw Hill Osborne Media, 2001
Advanced Computer & Network Corporation, 'Benchmarking Tools,' http://www.acnc.com/04_02.html
Tim Bray and Russel Coker, 'Bonnie++ documentation,' http://www.coker.com.au/bonnie++/readme.html
John K. Ousterhout and Herve Da Costa and David Harrison and John A. Kunze and Mike Kupfer and James G. Thompson, 'A Trace-driven Analysis of the 4.2 BSD UNIX file system,' Proceedings of the tenth ACM symposium on Operationg system principles, pp.15-24, 1985

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증