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문제 정의
- 본 논문에서는 기존 NFS 통해 메일 저장 공간을 공유하는 방식에서 직접 소켓(Socket)을 통해 작업을 할 수 있도록, 정보기반의 저장 공간 구조와 메일 저장을 위한 프로토콜을 정의하여 이를 통해 메일을 저장하는 방식을 제안하였다. 기존의 NFS를 이용한 방식이 작업 오버헤드가 발생하는 것에 비해서, 제안된 방식은 직접 소켓을 통해 작업을 수행하여 작업 오버헤드를 줄일 수 있었다.
- 본 논문에서는 기존의 SMTP 서버에서 파일시스템을 분리하기위해 NFS를 이용하는 분산 구성이 가지는 문제점을 분석하고, 이를 해결하기 위해 소켓(Socket)을 통해 직접 작업 할 수 있는 구조와 방식을 제안한다. 본 논문의 구성은 다음과 같다.
- 본 논문에서는, 각 메일 저장 서버와 소켓(Socket)을 통해 직접 작업하는 방식을 제안한다. 이러한 방식을 사용하면 기존의 NFS를 이용하여 SMTP 서버를 분산구성을 하였을 경우 발생하는 불필요한 오버헤드와 복잡한 구조의 마운트가 이루어지는 것을 없앨 수 있고 이를 통해 성능 저하 현상도 해결 할 수 있다.
- 각각의 SMTP 서버는 사용자의 메일 저장 공간인 파일시스템을 네트워크 기반으로 마운트 하여 공유하고 이를 통해 SMTP 서버 구성을 확장할 수 있다. 하지만 NFS는 XDR(eXternal Data representation)과 RPC (Remote Procedure Call)를 통해 네트워크를 기반으로 파일과 디렉토리를 공유할 수 있는 분산구조의 파일시스템 구현이 목적이다. 따라서 파일시스템이 가지고 있는 파일 공유를 위한 락킹(Locking) 메커니즘, 계층 구조의 디렉토리 및 작업을 위한 ACL(Access Control List) 등의 파일시스템이 가지고 있어야할 속성들을 가지고 있다.
제안 방법
- 기존에 구현된 큐(queue)를 스캔하여 사용자 메일을 저장하는 queued의 기능을 에 정의된 프로토콜을 통해 사용자 메일을 저장하는 형태로 변경하고, 의 프로토콜을 통해 메일을 저장할 stored 데몬을 구현하였다.
- 본 논문에서는 SMTP 프로토콜을 실험하였고, 결과는 SMTP:aspect:timer_track 형태로 각각의 결과 값이 나온다. 테스트 프로그램의 클라이언트는 connection을 맺은 후 banner를 확인하고 SMTP command를 보낸 뒤 SMTP 프로토콜 시퀀스를 마치고 최종적으로 메시지를 보내는데 성공한 경우 submit 횟수를 추가하며 커넥션을 종료하게 된다.
- 큐(Queue)를 스캔하여 메일을 처리하는 queued와 사용자의 메일을 저장하는 stored 사이의 메일 저장 요청을 처리 하기 위해 정의한 메일 저장 프로토콜은 <표 1>과 같다. 본 논문에서는 메일 저장 공간 리스트와 이를 사용한 사용자 정보의 UserHome을 이용하여 분산된 환경에서 메일을 저장하는 queued와 stored가 NFS(Network File System)을 대체하게 된다.
- 제안된 방식에서는 메일 저장 서버들의 공유할 디렉토리 정보를 IP/Directory_name 형태로 메일 저장 공간 리스트에 저장한다. 사용자 정보에는 UserHome을 추가하여 사용자를 생성할 때 저장된 메일 저장 공간 리스트의 값들을 순차적으로 사용자의 UserHome에 추가를 한 뒤 UserHome 정보로 소켓(Socket)을 통해 직접 작업하는 방식으로 바꾸는 것을 제안한다. (그림 3)은 제안한 방식의 전체적인 그림이다.
- 제안된 방식에서는 메일 저장 서버들의 공유할 디렉토리 정보를 IP/Directory_name 형태로 메일 저장 공간 리스트에 저장한다. 사용자 정보에는 UserHome을 추가하여 사용자를 생성할 때 저장된 메일 저장 공간 리스트의 값들을 순차적으로 사용자의 UserHome에 추가를 한 뒤 UserHome 정보로 소켓(Socket)을 통해 직접 작업하는 방식으로 바꾸는 것을 제안한다.
- 제안된 방식에서는 분산 구성을 위해 (그림 4)와 같이 메일 저장 서버의 IP와 메일 저장 공간으로 사용할 디렉토리 이름을 각각의 메일 저장 서버의 정보로 가지고 있고, 각각의 메일 저장 서버의 정보를 메일 저장 공간 리스트에 저장하게 된다. 메일 저장 공간 리스트에는 하나의 정보를 메일 저장서버_IP/디렉토리_이름 형태로 보관하게 되며, 각각은 파티션이라는 이름으로 사용되게 된다.
- 본 논문에서 제안된 방식은 대량의 메일을 처리하기위해 SMTP 서버를 분산시켜야 할 경우 메일 저장을 위해 필요한 작업만 소켓(Socket) 을 통해 직접 수행함으로써 불필요한 오버헤드를 없애 처리 성능을 효과적으로 높일 수 있다. 제안된 방식은 NFS에서 발생하는 오버헤드를 최소화하기 위해 직접 소켓을 통해 작업을 할 수 있도록, 정보 기반의 저장 공간 구조와 메일 저장을 위한 프로토콜을 정의하였다.
대상 데이터
- 실험은 Netscape에서 만든 메일 테스트 프로그램인 Mailstone[23]을 사용하여 실험을 수행하였다. 실험 구성은 (그림 7)과 같이 메일 트래픽을 발생시키는 Mailstone 1대를 통해 1대의 SMTP 서버와 1대의 파일시스템(1x1), 2대의 SMTP 서버와 1대의 파일시스템(2x1), 4대 SMTP 서버와 1대의 파일시스템(4x1) 및 4대의 SMTP 서버와 2대의 파일 시스템(4x2)을 대상으로 실험을 하였다.
- 실험에 사용된 메일 사용자는 과 같이 총 20개로 사용자 디렉토리가 위치하는 디렉토리인 store1과 store2에 10개씩 고르게 분포되도록 사용자를 생성하였고 실험에 사용된 메일 종류는 와 같이 3KB, 5KB, 17KB의 메일을 사용하였다.
이론/모형
- 실험은 Netscape에서 만든 메일 테스트 프로그램인 Mailstone[23]을 사용하여 실험을 수행하였다. 실험 구성은 (그림 7)과 같이 메일 트래픽을 발생시키는 Mailstone 1대를 통해 1대의 SMTP 서버와 1대의 파일시스템(1x1), 2대의 SMTP 서버와 1대의 파일시스템(2x1), 4대 SMTP 서버와 1대의 파일시스템(4x1) 및 4대의 SMTP 서버와 2대의 파일 시스템(4x2)을 대상으로 실험을 하였다.
- SMTP 서버를 복수로 구성하기 위해서는 각각의 SMTP 서버가 사용자 메일 저장 공간을 공유할 수 있어야 하고 공유된 사용자 메일 저장 공간은 각각의 SMTP 서버 간 작업의 일관성을 유지할 수 있어야 한다. 이를 위해 일반적으로 분산 파일시스템을 구성하기위한 프로토콜인 NFS(Network File System)을 사용한다.
성능/효과
- 그림에서 x 축은 본 논문에서 실험한 구성을 나타내고, y 축은 CPU의 평균 IDLE 시간을 나타낸다. 1대 구성인 1x1의 IDLE 시간을 기준으로 각각의 실험의 구성에서 기존 NFS를 사용한 방법과 제안된 방식을 비교했을 때 평균적으로 5%의 차이가 남을 알 수 있다.
- x 축은 서버의 구성을 나타내고, y 축은 처리량 (SMTP:submit:Try)을 나타낸다. 1대일 때의 SMTP:submit: Try 값인 11318을 기준으로, 2x1일 때 약 88%의 향상이 있었고, 4x1일 때 약 182%의 향상이 있었다. 메일 저장 서버를 1대 더 늘려 4x2로 구성하였을 때는 약 248%의 성능향상이 있었다.
- x 축은 서버의 구성을 나타내고, y 축은 처리량(SMTP:submit:Try)을 나타낸다. 1대일 때의 SMTP:submit:Try 값인 11318을 기준으로, 2x1일 때 약 30%정도의 성능 향상이 이루어졌고, 4x1일 때는 약 94%의 성능 향상을 보였다. 메일 저장 서버를 1대 더 늘려 4x2로 구성하였을 때는 약 112%의 성능 향상이 있었다.
- SMTP 서버를 2대로 늘렸을 때 1대에 비해 약 30% 정도밖에 성능향상이 되지 않았고, 4대로 늘려 4x1로 구성하였을 때에는 2x1로 구성하였을 때보다 약 48%의 성능 향상을 보였다. 또 메일 저장 서버를 2대로 늘려 4x2로 구성하였으나 역시 4대의 처리량인 21924에 비해 약 10%의 성능 향상밖에 이루어지지 않았다.
- 본 논문에서는 기존 NFS 통해 메일 저장 공간을 공유하는 방식에서 직접 소켓(Socket)을 통해 작업을 할 수 있도록, 정보기반의 저장 공간 구조와 메일 저장을 위한 프로토콜을 정의하여 이를 통해 메일을 저장하는 방식을 제안하였다. 기존의 NFS를 이용한 방식이 작업 오버헤드가 발생하는 것에 비해서, 제안된 방식은 직접 소켓을 통해 작업을 수행하여 작업 오버헤드를 줄일 수 있었다. 제안된 방식은 실험을 통하여 기존의 NFS를 통해 메일 저장 공간을 공유하는 방식보다 메일 처리량이 증가되었음과 CPU 자원을 효과적으로 사용함을 확인하였다.
- 기존의 방식인 NFS를 사용하였을 때는 서버가 늘어남에 따라 향상되는 성능이 1대의 처리량을 기준으로 할 때 각각 약 30%, 약 94%, 약 112% 임에 비해 제안된 방식을 사용할 경우 약 88%, 약 182%, 약 249%의 효과적인 성능 향상이 나타남을 보여준다.
- 1대일 때의 SMTP:submit:Try 값인 11318을 기준으로, 2x1일 때 약 30%정도의 성능 향상이 이루어졌고, 4x1일 때는 약 94%의 성능 향상을 보였다. 메일 저장 서버를 1대 더 늘려 4x2로 구성하였을 때는 약 112%의 성능 향상이 있었다.
- 본 논문에서 제안된 방식은 대량의 메일을 처리하기위해 SMTP 서버를 분산시켜야 할 경우 메일 저장을 위해 필요한 작업만 소켓(Socket) 을 통해 직접 수행함으로써 불필요한 오버헤드를 없애 처리 성능을 효과적으로 높일 수 있다. 제안된 방식은 NFS에서 발생하는 오버헤드를 최소화하기 위해 직접 소켓을 통해 작업을 할 수 있도록, 정보 기반의 저장 공간 구조와 메일 저장을 위한 프로토콜을 정의하였다.
- 본 논문의 제안된 방식의 단점은 비록 내부 트래픽이기는 하나 오가는 데이터가 보안에 취약할 수 있다는 것이고, 이는 SSL 등 보안관련 라이브러리들을 적용하는 것으로 해결할 수 있다.
- 안된 방식은 메일을 저장할 때 메일 저장 공간 리스트와 정의한 메일 저장 프로토콜을 구현한 queued와 stored 데몬이 소켓(Socket) 통해 작업을 직접 수행함으로써 I/O 발생시 실제 발생하는 I/O에 비례하는 성능을 보여주며 메일 저장을 위한 작업만을 수행 하게 되어 효과적인 작업이 가능하고 이로 인해 네트워크 대역폭 내에서 최적화된 확장성 보여준다.
- <표 8>의 4x2 구성의 값을 비교해볼 때 기존 방식인 NFS의 성능향상이 1대일 때의 SMTP:submit:Try 값을 기준으로 하여 약 94%에서 약 112%로 성능향상을 보였으나 제안된 방식의 경우 약 182%에서 약 249%로 매우 효과적인 성능향상이 이루어 졌음을 볼 수 있다. 이는 기존의 방식은 부하를 분산시키기 위해 메일 저장 서버를 늘려도 큰 효과가 없지만, 제안된 방식은 오버헤드 없이 네트워크를 사용하여 부하 분산이 효과적으로 이루어져 최적화된 성능 향상이 나타남을 보여준다.
- <표 8>의 4x2 구성의 값을 비교해볼 때 기존 방식인 NFS의 성능향상이 1대일 때의 SMTP:submit:Try 값을 기준으로 하여 약 94%에서 약 112%로 성능향상을 보였으나 제안된 방식의 경우 약 182%에서 약 249%로 매우 효과적인 성능향상이 이루어 졌음을 볼 수 있다. 이는 기존의 방식은 부하를 분산시키기 위해 메일 저장 서버를 늘려도 큰 효과가 없지만, 제안된 방식은 오버헤드 없이 네트워크를 사용하여 부하 분산이 효과적으로 이루어져 최적화된 성능 향상이 나타남을 보여준다.
- 이는 제안된 방법이 기존의 NFS를 이용한 구성 방법에 비해 시스템의 자원(CPU)을 평균 5% 정도를 절약함을 의미하고, 1대의 실험결과와 2x1 구성, 4x1 구성을 각각 비교해 볼 때 실험의 구성이 늘어날수록(실험에 사용된 서버의 대수가 커질수록) 이 수치는 더 커질 것으로 예상된다. 기존의 NFS를 이용한 방식과 제안된 방식의 처리량에 대한 정량적 비교 분석을 해볼 경우 CPU의 평균 IDLE 시간은 좀 더 의미가 갖게 된다.
- 본 논문에서는, 각 메일 저장 서버와 소켓(Socket)을 통해 직접 작업하는 방식을 제안한다. 이러한 방식을 사용하면 기존의 NFS를 이용하여 SMTP 서버를 분산구성을 하였을 경우 발생하는 불필요한 오버헤드와 복잡한 구조의 마운트가 이루어지는 것을 없앨 수 있고 이를 통해 성능 저하 현상도 해결 할 수 있다.
- 이에 메일 저장 서버를 한 대 더 늘려 4x2로 구성하여 테스트한 결과 2x1에 비해서는 약 85%의 성능향상이 있었고 4x1에 비해 약 24%의 성능 향상을 보이고 있다. 이러한 성능 향상의 원인은 제안된 방법이 효과적으로 대용량의 메일을 처리함을 의미한다. 이는 동시 처리량과 구성한 각각의 서버의 성능에 따라 적당한 배치가 가능하며 이를 통해 효과적으로 자원을 사용하여 최적의 성능을 위한 구성이 가능하다는 것을 예상할 수 있다.
- 2x1이 1대에 비해 약 2배 가까이 성능향상이 있었으나 4x1로 구성하였을 때는 2x1에 비해 50%정도의 향상이 되었음은 메일 저장 서버에 효과적인 부하가 발생함을 의미한다. 이에 메일 저장 서버를 한 대 더 늘려 4x2로 구성하여 테스트한 결과 2x1에 비해서는 약 85%의 성능향상이 있었고 4x1에 비해 약 24%의 성능 향상을 보이고 있다. 이러한 성능 향상의 원인은 제안된 방법이 효과적으로 대용량의 메일을 처리함을 의미한다.
- 테스트 프로그램의 클라이언트는 connection을 맺은 후 banner를 확인하고 SMTP command를 보낸 뒤 SMTP 프로토콜 시퀀스를 마치고 최종적으로 메시지를 보내는데 성공한 경우 submit 횟수를 추가하며 커넥션을 종료하게 된다. 이에 유효한 테스트 결과 값은 SMTP 프로토콜 시퀀스를 마치고 메시지를 전달하였음을 의미하는 SMTP: submit:Try로 볼 수 있고, 이때 SMTP:submit:Error는 모두 0이어야 한다.
- 기존의 NFS를 이용한 방식이 작업 오버헤드가 발생하는 것에 비해서, 제안된 방식은 직접 소켓을 통해 작업을 수행하여 작업 오버헤드를 줄일 수 있었다. 제안된 방식은 실험을 통하여 기존의 NFS를 통해 메일 저장 공간을 공유하는 방식보다 메일 처리량이 증가되었음과 CPU 자원을 효과적으로 사용함을 확인하였다. 이는 불필요한 작업을 제거함으로써 처리할 수 있는 메일 트래픽양이 늘어났음을 의미 한다.
- Mailstone은 메일과 관련 프로토콜을 테스트하기 위한 프로그램으로 테스트 가능한 프로토콜로는 SMTP/POP/IMAP 및 웹 메일을 위한 웹 기반 프로토콜이 있다. 테스트 종료 후 남기는 결과 값들은 protocol:aspect:timer_track 포맷으로 보여주며 aspect는 conn, banner, cmd, submit, logout 등이 있으며, timer_track은 시도 횟수 및 에러 횟수 등을 표현하는 Tries, Errors, Bytes written, Bytes read, Time 등이 있다. aspect 각각의 의미는 <표 7>과 같다.
후속연구
- 즉, 해당 프로세스들이 들어온 메일을 처리하기 위해 큐를 스캔(Scan) 하는데 분리되어있는 각각의 큐에 담당 프로세스를 할당하여 스캔속도를 높여 처리속도를 향상시킬 것이다. 그리고 SMTP 서버와 메일 저장 서버의 정보를 더 세분화하여 관리적인 관점에서도 효율을 높일 것이다.
- 향후 연구 방향으로는, 좀 더 효과적인 메일 트래픽 처리를 위해 큐(Queue) 작업을 최적화하는 것이다. 즉, 해당 프로세스들이 들어온 메일을 처리하기 위해 큐를 스캔(Scan) 하는데 분리되어있는 각각의 큐에 담당 프로세스를 할당하여 스캔속도를 높여 처리속도를 향상시킬 것이다.
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