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시스템수준 시뮬레이션과 디스크 I/O수준 시뮬레이션 연동을 위한 DEVSim++과 DiskSim 사이의 인터페이스 설계 및 구현
Design and Implementation of DEVSim++ and DiskSim Interface for Interoperation of System-level Simulation and Disk I/O-level Simulation 원문보기

韓國컴퓨터情報學會論文誌 = Journal of the Korea Society of Computer and Information, v.18 no.4, 2013년, pp.131 - 140  

송해상 (서원대학교 컴퓨터공학과) ,  이순주 (한국과학기술원 전기및전자공학과)

초록
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본 논문은 분산 스토리지 시스템과 같이 디스크를 내장하고 있는 다수의 컴퓨터 노드로 구성되어 있는 스토리지 시스템에서 개개의 디스크 스펙 변화에 따른 전체 성능을 분석하고자 할 때 잘 알려져 있는 블록 I/O 수준의 디스크 시뮬레이터인 DiskSim과 시스템수준의 시뮬레이터와의 연동을 위한 인터페이스의 설계 및 구현에 관한 기법을 제안하였다. 본 연구에서 시스템수준 시뮬레이션 엔진으로는 계층적이고 모듈러한 모델링 기법을 지원하는 DEVS 형식론을 지원하는 범용 이산사건시스템 시뮬레이션 엔진인 DEVSim++을 목표로 하였고 이식성을 위해 DiskSim과 DEVSim++ 시뮬레이션 엔진의 내부는 수정하지 않는 것을 가정하였다. 이를 만족하기 위해 I/O 수준의 DiskSim 시뮬레이터와 시스템 수준의 DEVSim++ 기반 시뮬레이터 사이의 연동 인터페이스 구조를 제안하였다. 이 구조에서는 여러 인스턴스의 DiskSim을 관리하는 DiskSimManager의 개념을 도입하여 I/O 수준 시뮬레이션과 시스템 수준 시뮬레이션 간의 시간과 사건(데이터) 동기화를 담당하도록 설계하였고, 시스템 수준의 DEVS 모델에서 간편하게DiskSim을 접근할 수있도록 감싸는 DEVS wrapper 모델을 제안하였다. 벤치마크 실험결과 설계 구현된 연동 인터페이스를 사용한 시뮬레이션 결과는 DiskSim만의 단독 시뮬레이션 결과와 정확히 일치함을 확인함으로써 설계 구현된 연동 인터페이스가 목적에 맞게 잘 동작함을 입증하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper deals with the design and implementation of an interface for interoperation between DiskSim, a well-known disk simulator, and a system-level simulator based on DEVSim++. Such inter-operational simulation aims at evaluation of an overall performance of storage systems which consist of mult...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 하지만 이러한 다중 노드로 구성된 디스크를 내장하고 있는 분산저장시스템 시뮬레이터 개발을 쉽게 지원하기 위해서는 I/O 수준의 시뮬레이터인 DiskSim과 상위 수준의 시스템 시뮬레이션 엔진인 DEVSim++를 연동하는 DiskSimDEVSim++ 인터페이스를 제공하는 것이 요구된다. 따라서 본 논문에서는 다음과 같은 요구사항을 만족하는 인터페이스를 제안하고자 한다.
  • 두 개는 서로 다른 형태의 시뮬레이터이기 때문에 연동을 위해서는 시간의 동 기화와 데이터의 변환이 필요하다. 따라서 본 논문에서는 여러 개의 독립적인 DiskSim 시뮬레이터들과 DEVSim++시 뮬레이션 엔진과의 이기종 시뮬레이터들에 대해 시간과 데이터를 교환하여 정확한 시뮬레이션을 가능하게 하는 인터페이스를 설계하고 구현하는 문제를 다루고자 한다.
  • 1)은 전역 시간관리 모듈을 두어 모든 시뮬레이터가 제어를 받는 방식이며, 2)는 시뮬레이터 중 어느 하나가 전체 시뮬레이터의 시간진행을 제어하는 방식이다. 본 논문에서는 성능과 기능을 고려하여 1)과 2)를 적절히 혼합한 하이브리드 기법을 제안한다. 데이터의 교환은 각 시뮬레이터에서 발생하는 사건에 대한 메시지를 다른 시뮬레이터에 변환하여 올바른 모델에 전달하는 것을 의미하는 것으로 이것은 구현에 의존한다.
  • 본 논문은 여러 컴퓨터 노드들로 구성된 시스템수준 저장 시스템 시뮬레이션과 디스크 I/O수준 시뮬레이션 연동을 위한 DEVSim++과 DiskSim 사이의 인터페이스를 제안하고 설계 구현한 것을 기술한 것이다. 이기종 시뮬레이터 간 연동을 위하여 시간 동기화와 데이터 교환을 담당하는 DiskSimManager의 개념을 도입하였으며, 두 시뮬레이션 엔진의 변경을 전혀 하지않고 제공되는 외부 인터페이스 함수만을 이용하여 프로토콜을 설계 및 구현하였다.
  • DiskSim은 컴퓨터 기술의 발전에 따라 CPU, 기억장치 등의 속도가 빨라짐에 따라 디스크의 성능이 전체 컴퓨터 시스템의 성능에 미치는 영향이 커져서 다양한 워크로드에 대해 디스크의 성능을 실험하기 위해서 카네기멜론 대학에서 개발한 디스크 시뮬레이터이다[1]. 이는 I/O 버스, 디스크 컨트롤러, 그리고 컨트롤러에 부착된 여러 개의 디스크 구조에 대해 성능을 평가한다. DiskSim은 확장 가능한 구조를 제공하여 다양한 디스크 모델에 대해서 잘 검증된 시뮬레이터로서 알려져 왔으며 최근 SSD가 HDD의 대체 저장장치로 대두되면서 SSD에 대한 확장 모듈이 마이크로소프트웨어에 의해 개발되고 사용되어 왔다[4][8].

가설 설정

  • 여기서 디스크 스펙의 변화가 전체 처리 성능에 미치는 영향이 매우 중요하기 때문에 디스크 모델은 매우 상세해야 한다. 따라서 좌측은 상세한 디스크 스펙에 대한 성능을 평가하는 시뮬레이터인 DiskSim을 사용하는 것을 가정한다. 우측은 빅데이터 처리를 위한 컴퓨터 노드 모델들로 구성된 시뮬레이터를 도식화한 것으로 범용 이산사건시뮬레이션 엔진인 DEVSim++ 기반으로 설계되었음을 가정한다.
  • 따라서 좌측은 상세한 디스크 스펙에 대한 성능을 평가하는 시뮬레이터인 DiskSim을 사용하는 것을 가정한다. 우측은 빅데이터 처리를 위한 컴퓨터 노드 모델들로 구성된 시뮬레이터를 도식화한 것으로 범용 이산사건시뮬레이션 엔진인 DEVSim++ 기반으로 설계되었음을 가정한다. 우측의 각 노드 모델은 실제와 유사하게 하나의 DiskSim 시뮬레이터와 독립적으로 연동하여 동작하도록 가정한다.
  • 우측은 빅데이터 처리를 위한 컴퓨터 노드 모델들로 구성된 시뮬레이터를 도식화한 것으로 범용 이산사건시뮬레이션 엔진인 DEVSim++ 기반으로 설계되었음을 가정한다. 우측의 각 노드 모델은 실제와 유사하게 하나의 DiskSim 시뮬레이터와 독립적으로 연동하여 동작하도록 가정한다. 두 개는 서로 다른 형태의 시뮬레이터이기 때문에 연동을 위해서는 시간의 동 기화와 데이터의 변환이 필요하다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
DiskSim은 무엇인가? DiskSim은 컴퓨터 기술의 발전에 따라 CPU, 기억장치 등의 속도가 빨라짐에 따라 디스크의 성능이 전체 컴퓨터 시스템의 성능에 미치는 영향이 커져서 다양한 워크로드에 대해 디스크의 성능을 실험하기 위해서 카네기멜론 대학에서 개발한 디스크 시뮬레이터이다[1]. 이는 I/O 버스, 디스크 컨트롤러, 그리고 컨트롤러에 부착된 여러 개의 디스크 구조에 대해 성능을 평가한다.
DiskSim은 무엇을 평가하나? DiskSim은 컴퓨터 기술의 발전에 따라 CPU, 기억장치 등의 속도가 빨라짐에 따라 디스크의 성능이 전체 컴퓨터 시스템의 성능에 미치는 영향이 커져서 다양한 워크로드에 대해 디스크의 성능을 실험하기 위해서 카네기멜론 대학에서 개발한 디스크 시뮬레이터이다[1]. 이는 I/O 버스, 디스크 컨트롤러, 그리고 컨트롤러에 부착된 여러 개의 디스크 구조에 대해 성능을 평가한다. DiskSim은 확장 가능한 구조를 제공하여 다양한 디스크 모델에 대해서 잘 검증된 시뮬레이터로서 알려져 왔으며 최근 SSD가 HDD의 대체 저장장치로 대두되면서 SSD에 대한 확장 모듈이 마이크로소프트웨어에 의해 개발되고 사용되어 왔다[4][8].
SSD의 성능 스펙 중에서 빅데이터에 가장 적합한 스펙을 가진 디스크를 설계하기 위해서는 무엇을 분석하여야 하나? 특히 저장장치 중 반도체 저장장치인 SSD(Solid State Disk)는 기존의 HDD(Hard Disk)에 비해 성능이 월등히 빠르고 가격이 저렴해짐에 따라 HDD를 대체하려 하는 추세이이다. 여러 가지 SSD의 성능 스펙 중에서 빅데이터에 가장 적합한 스펙을 가진 디스크를 설계하기 위해서는 스펙의 변화가 전체 빅데이터 처리 성능에 미치는 영향을 분석해야 한다. 하지만 비용과 시간적 측면에 서 실제 시스템으로 이를 분석하는 것이 불가능하기 때문에 시뮬레이션 기법을 사용하는 것이 필요하다.
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참고문헌 (10)

  1. John S. Bucy, Jiri Schindler, Steven W. Schlosser, Gregory R. Ganger, and Contributors, The DiskSim Simulation Environment Version 4.0 Reference Manual, Carnegie Mellon University, http://www.pdl.cmu.edu/DiskSim/, 2008. 

  2. Tag Gon Kim, Chang Ho Sung, Su-Youn Hong, Jeong Hee Hong, Chang Beom Choi, Jeong Hoon Kim, Kyung Min Seo, and Jang Won Bae, "DEVSim++ Toolset for Defense Modeling and Simulation and Interoperation," The Journal of Defense Modeling and Simulation: Applications, Methodology, Technology, Vol. 8, No. 3, pp. 129-142, July, 2011. 

  3. Bernard P. Zeigler, Herbert Praehofer and Tag Gon Kim, Theory of Modelling and Simulation (2nd Edition), Academic Press, 2000. 

  4. V. Prabhakaran and T. Wobber, "SSD Extension for DiskSim Simulation Environment," http://research.microsoft.com/en-us/downloads/ b41019e2-1d2b-44d8-b512-ba35ab814cd4/,2009. 

  5. S. Hammoud, Maozhen Li, Yang Liu, N.K. Alham, Liu Zelong, "MRSim: A discrete event based MapReduce simulator," 2010 Seventh International Conference on Fuzzy Systems and Knowledge Discovery (FSKD), vol.6, pp.2993-2997, 10-12 Aug. 2010 

  6. Apache JIRA, Mumak Hadoop MapReduce Simulator, https://issues.apache.org/jira/browse/MAPREDUCE-728, last retrieved Mar. 2013. 

  7. Hadoop. http://hadoop.apache.org, last retrieved Mar. 2013. 

  8. Jaeho Kim, Jongmin Lee, Jongmu Choi, Donghee Lee, Sam H. Noh, "An Efficient RAID Scheme for Reliable SSDs," Journal of KIISE : Computing Practices and Letters, vol.18, no.5, pp.359-368, 2012. 

  9. Hae Sang Song, Jeong Man Seo, "BlockSim++: A Lightweight Block-oriented Hierarchical Modeling and Simulation Framework for Continuous Systems," Journal of the Korea society of computer and information, vol. 17, no. 12, pp. 11-22, 2012. 

  10. Jeong Won Kim, "I/O Scheme of Hybrid Hard Disk Drive for Low Power Consumption and Effective Response Time," Journal of the Korea society of computer and information, vol. 16, no. 10, pp. 23-31, 2011. 

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