초록 ▼

□ 연구개요
본 연구는 플래시메모리 기반의 SSD(solid-state drives)를 대규모 클라우드 서버의 메인 스토리지로 활용하기 위한 대용량, 고성능, 저비용 스토리지 시스템 기술 개발을 목표로 한다. 특히, SSD의 용량 증가로 인한 비용 문제를 성능 저하 없이 해결하기 위한 기법, 다중 사용자를 위한 성능격리와 QoS 보장 기법, 그리고, SSD의 확장 인터페이스를 활용하여 시스템의 성능을 개선하는 기법에 대한 다음과 같은 연구를 진행하였다.
- 스토리지 워크로드 분석 및 인터페이스 조사
- 대용량 고성능

□ 연구개요
본 연구는 플래시메모리 기반의 SSD(solid-state drives)를 대규모 클라우드 서버의 메인 스토리지로 활용하기 위한 대용량, 고성능, 저비용 스토리지 시스템 기술 개발을 목표로 한다. 특히, SSD의 용량 증가로 인한 비용 문제를 성능 저하 없이 해결하기 위한 기법, 다중 사용자를 위한 성능격리와 QoS 보장 기법, 그리고, SSD의 확장 인터페이스를 활용하여 시스템의 성능을 개선하는 기법에 대한 다음과 같은 연구를 진행하였다.
- 스토리지 워크로드 분석 및 인터페이스 조사
- 대용량 고성능 SSD를 위한 주소 변환 정보 관리 기법 연구
- 서버향 다중 응용을 위한 QoS 보장 및 확장 인터페이스 연구

□ 연구 목표대비 연구결과
1차년도에는 “스토리지 워크로드 분석 및 인터페이스 조사”를 목표로 (1) Ceph, Hadoop 등의 서버향 워크로드의 I/O 특성을 분석하고, (2) I/O 스트림별 데이터 분리를 통한 성능 개선 기법을 연구했으며, (3) 랜덤쓰기에 취약한 SSD 특성을 고려하여 랜덤쓰기를 순차쓰기로 변환하여 로그공간에 저장한 뒤에 원래 주소로 논리주소만을 변경하는 SHRD라는 기법을 개발하고 이를 위한 확장 인터페이스를 제안했다.
2차년도에는 “대용량 고성능 SSD를 위한 주소 변환 정보 관리 기법”을 목표로 (1) 요구 로딩 기반으로 주소 변환 정보를 관리하는 SSD의 특성을 고려하며 트랙잭션 처리를 지원하는 WAL-SSD와 (2) 페이지 그룹 기반의 매핑 관리를 통해 필요한 매핑정보의 크기를 감소시키는 StreamFTL을 개발했고, (3) 호스트 메모리를 활용하는 오픈 채널 SSD의 성능 개선을 위한 멀티-쓰레드 FTL과 (4) 블록 매핑 기반 SSD와 로그 구조 파일 시스템을 활용한 IOUB라는 기법도 개발했다.
3차년도에는 “다중 응용을 위한 QoS 보장 및 확장 인터페이스”를 목표로 (1) 데이터 복사를 SSD로 오프로딩하는 IC-SSD, (2) 파일시스템 수준의 성능 간섭을 제거하는 iJournaling, (3) SSD 내부 쓰기 버퍼에서의 성능 간섭을 제거하는 iFlush, (4) SSD 가비지 컬렉션으로 인한 성능 간섭을 제거하는 hWA-BC 기법, (5) SSD 장치의 명령어 큐에서의 간섭을 줄인 readahead 스케줄링 기법을 개발했으며, (6) 멀티-스트림 SSD를 위한 스트림 구분 기법과, (7) 스트림의 개수를 동적으로 변경하여 성능을 개선한 Dstream 기법도 개발했다.

□ 연구개발결과의 중요성
고성능 저비용 대용량 SSD에 대한 기술 개발은 대규모 서버 시스템에서 SSD가 메인 스토리지로써 확산되게 하여, 빅데이터, 클라우드 등 최근 부각되고 있는 서버응용에서 수준 높은 서비스와 부가가치를 창출하게 할 것이다. 본 연구의 결과물은 최근 부각되고 있는 QLC기반의 대용량 SSD의 매핑정보 관리 문제를 해결하고, 서버향 스토리지 시스템에서 중요한 요구사항인 QoS를 위해 성능 간섭 제거를 가능하게 하며, 데이터 복사 연산을 SSD로 오프로딩하여 스토리지 시스템의 성능을 크게 개선한다. 그리고, 본 연구의 결과물인 오픈-채널 SSD 개선 기법과 멀티-스트림 SSD 활용 기법은 새로운 형태의 SSD의 확산과 관련 기술의 후속 개발을 유도할 것이다. 또한, 미국 대비 뒤떨어져 있는 국내의 서버향 스토리지 시스템 기술을 한층 향상시켜 국내 기술이 세계를 선도하도록 하는 데 기여할 것이다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1) 연구개발의 필요성 ... 4
• 2) 수행 최종 목표 ... 5
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 5
• 1) 1차년도: 스토리지 워크로드 분석 및 확장 인터페이스 조사 ... 5
• 2) 2차년도: 대용량 고성능 SSD를 위한 주소변환정보 관리 기법연구 ... 8
• 3) 3차년도: 서버향 다중 응용을 위한 QoS 보장 및 확장 인터페이스 연구 ... 12
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 18
• 4. 참고문헌 ... 19
• 5. 연구성과 ... 19
• 대표적 연구실적 ... 22
• 끝페이지 ... 31