[논문]임베디드 리눅스 기반의 네트워크 저장장치의 구현 및 성능 평가

이현석; 강용혁; 손재기; 이형수; 민수영; 박창원; 엄영익

문제 정의

SPECsfs2, 0은 NAS의 성능을 평가하는 도구로 버전 2와 버전 3의 NFS를 모두 지원하며 네트워크 프로토콜로 TCP와 UDP 모두 사용 가능하다[5]. 본 논문에서는 버전 2의 NFS와 UDP를 사용하여 SPECsfs2.0 이 제공하는 성능 평가 항목 중에서 NAS에서 파일 서비스를 처리하는 응답속도 및 처리량을 측정하여 성농 평가를 수행하였다. 웅답속도를 측정하기 위하여 클라이언트가 발생시키는 로드를 증가시켜서 NAS의 운영체제로 기존의 리 눅스 커널을 사용하는 경우와 축약된 임베디드 리눅스 커널 올 사용하는 경우로 나눠 각각 SPECsfs2.
본 논문은 임베디드리눅스 기반에서의 네트워크 저장장치의 구현 및 성능 평가에 관한 것이다. 네트워크 저장장치의 운영체제로 임베디드리눅스 커널을 사용함으로써 적은 비용으로 빠른 파일 서비스를 제공할 수 있다.

제안 방법

NFS (Network File System) 란 원격 호스트 상의 파일을 사용자가 마치 자신의 로컬 파일에 엑세스하는 것처럼 사용할 수 있게 해주는 문산 파일 시스템이다. NAS가 제공하는 파일 서비스를 받기 위해서는 파일 서버 프로토콜이 필요하며 본 논문에서는 파일 서버 프로토콜로 NFS를 채택하였다. 그 이유는 NFS가 현재 산업계에서 많이 사용되고 있을 뿐만 아니라 신뢰성이 높기 때문이다.
또한 네트워크 저장장치를 서비스하는 서버는 네 巨워크 상의 이 기종 클라이언트에게 투명하고 효율적인 파일 서비스를 제공하여야 한다[]丄 최근에 네트워크 저장장치 개발 방식에는 SAN(Storage Area Network) 방식과 NAS (Network Attached Storage) 방식이 있으며 이 두 가지 방식을 혼합한 방식도 개발되고 있다. 본 논문에서는 네트워크 저장장치로서 NAS 방식을 채택하였으며, 저장장치의 기능을 전담하는 전용 서버를 구축하기 위해 리눅스 커 널을 축약(shrinking)한 임베디드 리눅스를 사용하였다. 본 논문의 구성은 다음과 같다.
본 논문에서는 리눅스 버전 2.4를 사용하여 커널 축약 및 성농 평가가 이루어졌다. 물론 리눅스 버전 2.
직접 소스의 수정을 통하여 줄어든 커널의 크기도 작을 뿐 아니라 호 환성 문제를 생각해 볼 때 기존의 커널을 사용하는 것이 더 안정적이므로 커널 소스를 수정하는 방식 대신에 일반적인 커널 컴파일 방식을 통하여 커널 축약을 했다. 본 논문에서의 커널 축약 방식은 리눅스 커널이 지원하는 기능들을 내 장 커널 방식과 모듈 지원 방식 그리고 지원하지 않는 기능들의 세 부분으로 나눠 커널의 크기를 줄이는 것이다.
0 이 제공하는 성능 평가 항목 중에서 NAS에서 파일 서비스를 처리하는 응답속도 및 처리량을 측정하여 성농 평가를 수행하였다. 웅답속도를 측정하기 위하여 클라이언트가 발생시키는 로드를 증가시켜서 NAS의 운영체제로 기존의 리 눅스 커널을 사용하는 경우와 축약된 임베디드 리눅스 커널 올 사용하는 경우로 나눠 각각 SPECsfs2.0을 사용하여 측정한 후 그 웅답 속도 결과를 비교 정리하여 [그림 1]에 나타낸다.
이는 이미 리눅스 커널 소스가 최적화되어있기 때문이다. 직접 소스의 수정을 통하여 줄어든 커널의 크기도 작을 뿐 아니라 호 환성 문제를 생각해 볼 때 기존의 커널을 사용하는 것이 더 안정적이므로 커널 소스를 수정하는 방식 대신에 일반적인 커널 컴파일 방식을 통하여 커널 축약을 했다. 본 논문에서의 커널 축약 방식은 리눅스 커널이 지원하는 기능들을 내 장 커널 방식과 모듈 지원 방식 그리고 지원하지 않는 기능들의 세 부분으로 나눠 커널의 크기를 줄이는 것이다.

대상 데이터

성능 평가에서 사용한 서버의 사양은 펜티엄 m 660Mhz 이며 128Mbyte 램을 사용하였다. 성능 평가 도구로는 SPECsfs2.

이론/모형

2나 그 이하의 커널 버전을 사용한다면 커 널 축약 시에 좀 더 작은 사이즈로 만들 수 있겠지만 리눅스 버전 24는 기존의 버전에 비해 임베디드 시스템올 위해 많은 부분을 최적화시켰고 기존의 모듈화 되지 않은 부분들올 모듈화시켜 성능 향상이 이루어져 있다. 또한 엔터프라이즈급 서버에서도 사용될 수 있으며 기술도입과 용이한 버그 패치 등의 장점을 활용 할 수 있기 때문에 리눅스 버전 24를 사용하게 되었다. 커널 축약을 위해서 커널 소스 레벨에서 커널올 수정해 봤을 때 이전 버전과의 호환성을 위해 존재하는 부분과 웅 용에 따라 불필요한 부분들을 제거해 보았으나 각 부분에 대하여 10-40바이트 정도밖에 줄어들지 않았다.
따라서 NAS의 운영체제로 임베디드 운영체제를 사용할 수 있고 이를 통하여 파일 서버로서의 성능올 향상시킬 수 있다. 본 논문에서는 NAS의 운영체제로 임베디드 리눅 스롤 사용하였다. 임베디드 시스템을 위하여 기존의 상용 운영체제 대신에 리눅스를 선택한 이유는 리눅스는 오픈 소스 정책올 취하고 있으므로 개발할 하드웨어에 적합한 소스로 기존 소스의 수정이 용이하여 개발비용을 저렴화 할 수 있기 때문이다.
성능 평가에서 사용한 서버의 사양은 펜티엄 m 660Mhz 이며 128Mbyte 램을 사용하였다. 성능 평가 도구로는 SPECsfs2.0을 사용하였다. SPECsfs2, 0은 NAS의 성능을 평가하는 도구로 버전 2와 버전 3의 NFS를 모두 지원하며 네트워크 프로토콜로 TCP와 UDP 모두 사용 가능하다[5].

성능/효과

따라서 로드량이 적은 경우는 그 차이가 미묘하나 로드량이 높아지면서 응답시간도 차이가 남을 알 수 있다. 로드량이 700인 지점에서 축약한 임베디드 리눅스 커 널을 사용한 것의 옹답 속도가 Ll(msec)로 기존의 리눅스 커널의 웅답 시간 L7(msec)보다 0.6(msec) 정도 적게 나왔으며 이는 임베디드 리눅스를 사용한 경우 NAS의 파일 서비스 처리 속도가 빨라짐으로써 보다 효율적인 서비스를 제공할 수 있음을 의미하는 것이다.
커널축약올 통하여 구현한 임베디드리눅스는 기본적으로 시스템에 지원해야 하는 부분만을 내장 커널 방식으로 했으며 NAS를 위하여 필요한 NFS는 모듈로 지원하여 모듈만 컴파일 가능하게 하였다. 성능평가의 결과에서 보이듯이 NAS의 운영체제로 기존의 리눅스 커널올 사용하는 대신 임베디드 리눅 스 커널을 사용함으로써 NFS 요청에 대한 응답 시간이 줄어들었다. 이는 NAS의 성능이 향상되어 NAS에서의 파일 서비스를 보다 빠르게 받을 수 있음을 의미한다.
물론 대부분 모듈로도 지원할 수 있는 것들이지만, NFS와 같은 꼭 필요한 기능므! 모듈로 지원했다. 이러한 커 널 축약방식으로 커널의 크기를 500KB이 하로 줄였으며 NAS의 운영체제로 기존의 커널올 사용하는 대신 축약된 임베디드 리눅스를 사용하여 NAS의 성능이 향상된다.
즉, 이더넷과 같은 LAN 인터페 이스틀 통해 독립적으로 네트워크에 연결되어 응용 서버와 분리시켜 놓아 파일 서비스만 제공함으로써 파일 서버 기능 만을 전담하는 저장장치 전용 시스템인 것이다. 이를 통해 일반적인 서버에서 응용 서비스와 파일 서비스를 동시에 수행함으로써 발생할 수 있는 네트워크 병목현상을 줄일 수 있으며 응용 서비스를 위해 사용되던 CPU 점유가 파일 서비스를 위하여 사용되므로 보다 효율적이다.
또한 엔터프라이즈급 서버에서도 사용될 수 있으며 기술도입과 용이한 버그 패치 등의 장점을 활용 할 수 있기 때문에 리눅스 버전 24를 사용하게 되었다. 커널 축약을 위해서 커널 소스 레벨에서 커널올 수정해 봤을 때 이전 버전과의 호환성을 위해 존재하는 부분과 웅 용에 따라 불필요한 부분들을 제거해 보았으나 각 부분에 대하여 10-40바이트 정도밖에 줄어들지 않았다. 이는 이미 리눅스 커널 소스가 최적화되어있기 때문이다.

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