[논문]클라우드 스토리지를 위한 오픈 소스 기반 분산 파일 시스템의 성능 평가

이세호; 김지홍; 엄영익

클라우드 스토리지를 위한 오픈 소스 기반 분산 파일 시스템의 성능 평가
Performance Evaluation of Open Source Based Distributed File System for Cloud Storage 원문보기

이세호 (성균관대학교 정보통신대학) , 김지홍 (성균관대학교 정보통신대학) , 엄영익 (성균관대학교 정보통신대학)

최근 클라우드 컴퓨팅 기술은 기존의 서버, 데스크톱 컴퓨팅 환경을 빠르게 변화시키며, 차세대 인터넷 서비스의 핵심 분야로 부각되고 있다. 클라우드 컴퓨팅 기술 중 특히 저비용, 안정성, 확장성, 무결성 그리고 보안성을 가지고 있는 클라우드 스토리지 서비스가 각광 받고 있다. 이에 본 논문은 클라우드 스토리지 기반 기술인 분산 파일 시스템에 관해서 살펴보고, 오픈소스 기반의 분산 파일 시스템인 MooseFS, XtreemFS, GlusterFS, Ceph 등을 이용하여 시스템 구축 및 성능 측정을 수행 하였다. 수행결과 Postmark에서는 GlusterFS, MD5SUM에서는 XtreemFS가 가장 좋은 성능을 보여주었다.

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문제 정의

본 논문에서는 최근 클라우드 스토리지에서 사용되고 있는 기술인 분산 파일 시스템 관하여 연구하였다[9]. 최근 오픈 소스 기반으로 연구되고 있는 MooseFS, XtreemFS, GlusterFS와 Ceph를 사용하여 시스템을 구축하고 실험을 하였다.

가설 설정

XtreemFS[6]는 클라우드를 위한 객체기반의 분산 파일 시스템이다. 이 시스템은 로컬영역에 분산된 파일 서버를 가지고 있는 것이 아닌, 광역의 공간에 서버가 분산되어 있다는 가정으로 설계 되었다.

제안 방법

이때 GlusterFS는 따로 메타데이터 관리 서버가 존재하지 않아 OSD 서버 2대로만 구성하였다. 성능을 비교할 분산 파일 시스템은 오픈소스로 제공되는 분산 파일 시스템인 MooseFS, XtreemFS, Ceph 그리고 GlusterFS를 이용하여 시스템을 구축하고, 클라이언트에 각 파일 시스템을 마운트 한 뒤 Postmark Bench, MD5SUM을 수행 하면서 성능을 측정하였다. 측정 요소는 클라이언트에서의 처리시간, OSD에서의 메모리와 하드 사용량이다.
현재 수많은 분산 파일 시스템이 존재하지만 실제로 클라우드 스토리지에 사용되는 시스템은 많지 않은 상황이다[3]. 이런 상황을 해결하기 위해 오픈 소스기반의 분산 파일 시스템인 MooseFS, XtreemFS, GlusterFS, Ceph 등을 이용하여 실험환경을 구축하였다. 이를 통해 소요시간, 메모리와 하드 사용량을 측정 하였다.
MooseFS는 안전성과 확장성을 위한 특징을 가진다. 첫째, 데이터의 복사 본을 여러 곳에 나누어 저장하여 높은 안정성을 제공한다. 둘째, 새로운 컴퓨터나 디스크를 부착하게 되면 쉽게 저장 공간을 확장할 수 있다.
XtreemFS는 안정성과 확장성 그리고 장애를 효율적으로 극복하는 특징을 가지고 있다. 첫째, 폴트 톨러런스를 위해 객체를 복제하고, 메타정보를 캐쉬한다. 둘째, 클라이언트는 리눅스와 윈도우즈 환경 모두를 지원하는 이점이 있다.

대상 데이터

실험 환경은 표1과 같이 4대의 PC를 사용하여 실험 하였다. 메타 정보와 데이터를 관리하는 메타데이터용 서버 PC 1대, 파일을 저장하는 OSD 서버 PC 2대 그리고 분산 파일 시스템을 마운트 하여 실험을 진행한 클라이언트 PC 1대를 사용하여 실험 하였다. 이때 GlusterFS는 따로 메타데이터 관리 서버가 존재하지 않아 OSD 서버 2대로만 구성하였다.
실험 환경은 표1과 같이 4대의 PC를 사용하여 실험 하였다. 메타 정보와 데이터를 관리하는 메타데이터용 서버 PC 1대, 파일을 저장하는 OSD 서버 PC 2대 그리고 분산 파일 시스템을 마운트 하여 실험을 진행한 클라이언트 PC 1대를 사용하여 실험 하였다.
본 논문에서는 최근 클라우드 스토리지에서 사용되고 있는 기술인 분산 파일 시스템 관하여 연구하였다[9]. 최근 오픈 소스 기반으로 연구되고 있는 MooseFS, XtreemFS, GlusterFS와 Ceph를 사용하여 시스템을 구축하고 실험을 하였다. 분산 파일 시스템들은 각각의 실험 환경에서 다른 성능을 보여 주었다.

성능/효과

MD5SUM은 주어진 파일을 가지고 128-bit MD5 해쉬 값을 계산하는 프로그램이다. MD5SUM을 수행한 결과 XtreemFS는 3초로 수행시간이 가장 짧고, 메모리와 하드 사용량 또한 34MB, 40MB로 적다. 반면 Ceph는 12초로 가장 긴 수행시간을 보이고, 하드 사용량은 144MB로 가장 많다.
두 실험을 통해 성능 상으로는 Ceph가 가장 좋지 않은 결과를 보여주었다. 평균적으로 MooseFS의 성능이 가장 고르게 나온 것을 확인 할 수 있었다.
첫째, 데이터의 복사 본을 여러 곳에 나누어 저장하여 높은 안정성을 제공한다. 둘째, 새로운 컴퓨터나 디스크를 부착하게 되면 쉽게 저장 공간을 확장할 수 있다. 마지막으로 파일을 쓰거나 접근하고 있는 동안에도 규칙적으로 스냅샷(Snapshot)하여 시스템 구성을 유지한다.
첫째, 폴트 톨러런스를 위해 객체를 복제하고, 메타정보를 캐쉬한다. 둘째, 클라이언트는 리눅스와 윈도우즈 환경 모두를 지원하는 이점이 있다. 마지막으로는 파일을 교차적으로 복제하여 자동적인 장애극복(Failover)이 가능하다.
모든 데이터가 OSD클러스터들 사이에서 복제되어 강한 안정성을 제공하고, 메타데이터 서버 클러스터는 병렬 처리를 통한 빠른 복구 능력을 제공한다. 마지막으로 메타데이터 서버는 현재 작업량에 따라 OSD간의 저장 공간 조절과 효율적인 서버 자원 사용량을 조절 할 수 있다.
둘째, 서버 구성 요소들은 각 각의 클러스터를 이루고 있다. 모든 데이터가 OSD클러스터들 사이에서 복제되어 강한 안정성을 제공하고, 메타데이터 서버 클러스터는 병렬 처리를 통한 빠른 복구 능력을 제공한다. 마지막으로 메타데이터 서버는 현재 작업량에 따라 OSD간의 저장 공간 조절과 효율적인 서버 자원 사용량을 조절 할 수 있다.
Ceph는 기존의 파일 시스템과는 차별적인 확장성, 회복능력, 자원관리의 특징을 가진다. 첫째, 이 파일 시스템은 간단하게 OSD를 추가하고, 이를 유연하게 확장할 수 있는 기능을 가지고 있다. 둘째, 서버 구성 요소들은 각 각의 클러스터를 이루고 있다.
두 실험을 통해 성능 상으로는 Ceph가 가장 좋지 않은 결과를 보여주었다. 평균적으로 MooseFS의 성능이 가장 고르게 나온 것을 확인 할 수 있었다. Ceph는 안정성을 위한 복제 정책 등을 위해 추가적으로 사용되는 오버해드가 크게 작용하여 수행시간과 메모리와 하드 사용량이 다른 파일 시스템에 비해 크게나왔다.

후속연구

클라우드 스토리지를 위한 분산 파일 시스템은 저비용 스토리지 서버를 이용하여 스토리지 비용을 최소화 하고, 장애에 대한 효율적인 통제를 제공한다. 추가적으로 동시에 같은 데이터에 접근하는 경우를 해결하기 위한 동시접근제어 기술을 제공한다.
클라우드 스토리지를 위한 분산 파일 시스템을 선택 시에 위의 정책이나 구성방식 등이 주요한 요소로 작용할 것이다. 향후에는 여러 환경에서 최적의 성능을 제공할 수 있는 분산 파일 시스템을 위하여 동기화, 중복 제거 및 고속 캐싱 기술 등을 적용하여 분산 파일 시스템을 구현하여 볼 계획이다.

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