초록 ▼

본 연구는 차세대 비휘발 메모리 기반 저장장치를 고려하여 운영체제의 메모리 관리 부분을 최적화하는 것이다. MRAM, PRAM과 같은 차세대 비휘발성 메모리는 DRAM에 비해 직접도가 최소 3배 이상 높고, 접근 속도는 궁극적으로 DRAM과 비슷해질 것으로 전망된다. 이러한 차세대 메모리 소자를 이용한 차세대 저장장치는 기존의 플래시 SSD에 비해 접근 시간이 20배 이상 빠르다. 그러나 기존의 운영체제는 차세대 저장장치의 특징을 고려하지 못 하고 있기 때문에 응용/운영체제 수준의 성능 향상은 크지 않다.

이러한 문제점

본 연구는 차세대 비휘발 메모리 기반 저장장치를 고려하여 운영체제의 메모리 관리 부분을 최적화하는 것이다. MRAM, PRAM과 같은 차세대 비휘발성 메모리는 DRAM에 비해 직접도가 최소 3배 이상 높고, 접근 속도는 궁극적으로 DRAM과 비슷해질 것으로 전망된다. 이러한 차세대 메모리 소자를 이용한 차세대 저장장치는 기존의 플래시 SSD에 비해 접근 시간이 20배 이상 빠르다. 그러나 기존의 운영체제는 차세대 저장장치의 특징을 고려하지 못 하고 있기 때문에 응용/운영체제 수준의 성능 향상은 크지 않다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 본 연구에서는
1) 기존의 운영체제 메모리 확장 기술(SWAP, MMAP)을 차세대 저장장치에 그대로 사용하였을 경우의 문제점을 파악하기 위해 즉 병목 지점 분석을 위한 프로파일링을 수행하였다.
2) 고속의 페이지 입출력을 위한 입/출력 요청 병렬화 기법을 설계하고 Linux에 구현하였다.
3) 페이지 폴트 처리 시에 발생하는 페이지 입출력을 문맥 교환 없이 수행하도록 페이지 폴트 처리를 최적화하였다.
4) 이 밖에도 페이지 폴트 처리를 CPU별로 수행하게 하는 멀티코어 CPU를 고려한 페이지 회수 기법을 제안하고, SWAP 관리를 최적화하였다.

기존의 리눅스 운영체제는 메모리가 부족하여 페이지 입출력이 자주 발생하면 사용자 프로세스가 IDLE 상태로 대기하는 시간이 많아지게 된다. 메모리가 부족한 상황에서 메모리 할당 요청이 일어나면 Linux 커널은 LRU 리스트에서 가장 덜 접근된 페이지를 회수하여 메모리 할당 요청에 대응하는데, 회수를 위해 선택된 페이지가 dirty라면 스토리지에 써진 후에 해당 페이지를 회수하게 된다. 이를 위해 Linux는 해당 프로세스 문맥을 sleep 모드로 전환하고 페이지 회수 작업을 수행하는 kswapd를 active 상태로 만든다. 이러한 작업은 차세대 메모리 기반 저장장치와 같은 초고속 저장장치의 짧은 입출력 시간에 고려할 때 큰 오버헤드이다. 따라서 본 연구에서는 페이지 폴트 처리에서 kswapd로 문맥 전환이 수행되기 전에 페이지 회수 작업을 사용자 프로세스 문맥 상에서 수행하는 기법을 제안한다. 또한 페이지 회수를 고속으로 수행하기 위해 LBA가 연속인 아닌 페이지들에 대해서 한 번의 쓰기 요청으로 페이지 출력 연산을 수행하도록 최적화한다. 페이지 입력 연산 역시 문맥 전환 없이 수행되며 여러 읽기 요청인 경우에도 한 번의 입력 요청에 처리될 수 있도록 최적화하였다. 또한 페이지 회수 작업을 각각의 CPU가 독립적으로 수행하고 회수된 페이지를 CPU 별로 관리하게 하여 특정 CPU에 페이지 회수 작업이 집중되지 않도록 하였다.
이러한 문맥 전환을 최소화하는 페이지 폴트 처리, 페이지 입출력 요청 병합 그리고 멀티코어 CPU를 고려한 페이지 회수 기법을 리눅스 운영체제의 메모리 관리 부분, 즉 MMAP/SWAP에 구현을 하였으며 벤치마크 수행 결과로 기존 운영체제 대비 최대 2.6배의 성능 향상을 있음을 보였다.

(출처 : 요약문 3p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 목차 ... 2
• Ⅰ. 연구결과 요약문 ... 3
• Ⅱ. 연구내용 및 결과 ... 4
• 1. 연구과제의 개요 ... 4
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 4
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 5
• 4. 목표 달성도 및 관련 분야에의 기여도 ... 6
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 6
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 6
• Ⅲ. 연구성과 ... 7
• 끝페이지 ... 9