이기종 저장 시스템을 위한 효율적 버퍼 캐시 관리 기법

Abstract

컴퓨터 시스템 내에서 일어나는 연산 중 파일 입출력 연산은 2차 저장장치인 느린 디스크를 접근해야 하기 때문에 시스템 전체의 성능에 중요한 영향을 미친다. 이러한 파일 입출력 연산의 성능을 향상시키기 위해 운영체제는 버퍼 캐시를 두어 파일의 읽기 쓰기 연산 데이터를 버퍼 캐시에 일정 시간 저장한 후 후속 요청을 버퍼 캐시로부터 직접 처리한다. 한편, 최근 컴퓨터 시스템의 메모리 및 저장장치를 구성하는 매체로 기존의 DRAM 및 하드 디스크 외에 PCM, MRAM 등의 스토리지 클래스 메모리와 플래시 메모리 제품군이 등장하여 컴퓨터 시스템 구조가 새롭게 바뀌고 있다. 이에 따라 버퍼 캐시의 관리도 새로운 메모리 및 스토리지 매체의 특성에 맞는 방법이 필요하다. 본 논문에서는 하드디스크와 플래시 메모리가 함께 2차 저장장치로 사용되는 하이브리드 스토리지 환경에서 효율적인 버퍼 캐시 관리 기법을 제안한다. 이들 저장장치는 고유한 물리적 특성을 가지는데 제안한 기법은 이러한 매체 고유의 특성을 반영하는 하이브리드 스토리지용 버퍼 캐시 관리 기법이다. 또한 본 논문에서는 메인 메모리 시스템에 DRAM 외에 스토리지 클래스 메모리가 추가된 시스템을 위한 효율적인 버퍼 캐시 기법을 제안한다. DRAM은 휘발성이어서 수정 데이터(dirty data)가 오래 머무를 경우 시스템 전원 오류 시 파일 시스템의 일관성 문제가 발생할 가능성이 높다. 전통적인 버퍼 캐쉬는 쓰기 연산에 대해 pdflush라는 데몬 프로세스를 두어 30초 이상 경과한 수정 데이터는 무조건 2차 저장장치에 반영하도록 하고 있다. 이는 쓰기 연산의 경우 버퍼 캐시의 효율성을 크게 떨어뜨린다. 본 논문은 PCM과 같은 비휘발성 메모리를 버퍼 캐시에 함께 사용하여 수정 데이터를 NVRAM 버퍼캐시에 보관하도록 하는 새로운 버퍼 캐시 관리 기법을 제안한다. 제안하는 기법을 이용하면 전원 오류 시 파일 시스템의 일관성 문제를 해결하면서 pdflush의 오버헤드를 없앨 수 있다.;Within a computer system, file I/O operations are most serious performance bottleneck on the overall system performance. To improve the file I/O performance, operating systems have a buffer cache, which stores data from file systems and handles the subsequent requests directly from the buffer cache. Meanwhile, due to recent advances in semiconductor technologies, storage class memory (SCM) and flash memory are emerging rapidly. Since these SCM and flash memory have several desirable properties, there are attempts to use these SCMs and flash memories in existing computer systems. In this thesis, we present a new buffer cache management scheme for hybrid storage system which uses the hard disk and NAND flash memory together. With these multiple storage devices that have distinct characteristics, the system needs a buffer cache management scheme that is aware of different I/O characteristics of file blocks depending on which devices they belong to. We present a new buffer cache management scheme for mobile systems that aims at minimizing power-consumption. Also in this thesis, we propose a buffer cache management scheme for hybrid memory which uses DRAM and storage class memory together. Since SCMs are nonvolatile and byte-addressable, there are attempts to use these SCMs as part of nonvolatile buffer caches. A nonvolatile buffer cache provides improved consistency of system by absorbing write I/Os as well as improved performance. By the new buffer cache management schemes, guarantee the consistency of system and at the same time reduce the overhead of pdflush.