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Research

기존보다 최대 40배 이상 빠른 새로운 방식의 파일 시스템 개발

  • 조회. 144
  • 등록일. 2021.07.19
  • 작성자. 대외협력팀

DGIST 이성진 교수팀, 저장장치 색인 기술을 활용하는 - 인터페이스 기반 파일 시스템 ''케빈[KEVIN]'개발

컴퓨터 시스템 분야 최우수 국제 학술 대회 OSDI '21 발표

 

[(좌측부터)DGIST 정보통신융합전공 이성진 교수, 구진형 박사과정생, 임준수, 박주형 석박통합과정생]

 

 DGIST 정보통신융합전공 이성진 교수팀은 전통적인 컴퓨터 데이터 저장 시스템의 근본적인 문제점을 해결할 새로운 - 인터페이스 기반의 파일 시스템을 개발했다. 개발된 저장 시스템은 저장장치 색인(In-storage Ikndexing) 기술이 사용된 - 인터페이스가 적용돼, 기존 대비 최대 43 빠른 성능을 자랑한다.

 ‘파일 시스템 데이터를 저장·색인하는 기본적인 시스템 소프트웨어로, 빅데이터 처리, 인공지능 컴퓨터 시스템 분야에서 사용된다. , 기존 파일 시스템은 데이터를 저장매체 크기가 고정돼 있는 블록(block) 단위별로 데이터를 저장하는데, 시간이 지날수록 시스템 성능 하락하는 문제점이 있어왔다.

 이에 이성진 교수팀은 - 저장 인터페이스에 주목했다. - 인터페이스는 블록의 크기를 유연하게 바꿔 데이터를 처리하도록 설계된 인터페이스로, 블록의 크기가 고정된 기존 인터페이스보다도 다양한 데이터 처리 연산이 가능하다. 여기에 이성진 교수팀은 저장장치 색인 기술도 적용, 개선된 - 인터페이스를 구현했으며, 이를 활용해 새로운 개념의 파일 시스템인케빈(KEVIN)’ 개발하는데 성공했다.

 개발된 파일 시스템인 케빈은 훨씬 빠른 성능에도 작동 부하가 훨씬 낮을 뿐만 아니라 저장장치 색인 기술이 적용돼, 파일을 저장하고 불러오는데 필요하던 복잡한 과정을 획기적으로 줄인 것이 장점이다. 또한 기존 대비 같은 수준의 데이터 안정성을 갖고도 최대 43 빠른 파일 연산 처리 성능을 달성했을 뿐만 아니라, 파일 시스템 노후화에도 안정적인 데이터 입출력이 가능할 만큼의 성능 안정성을 확보했다.

 DGIST 정보통신융합전공 이성진 교수는이번 연구는 초고속 저장장치에서 데이터를 입출력 발생하는 병목현상을 해소와 40 이상의 성능 향상의 가능성을 보여준 연구라며향후 빅데이터, 인공지능뿐만 아니라 해당 기술이 저장장치 설계 분야에 적용돼 데이터 처리에 혁신을 가져올 있도록 더욱 연구에 매진하겠다 말했다.

 한편 이번 연구는 DGIST 정보통신융합전공 이성진 교수가 교신 저자, 구진형 박사과정생이 제 1저자, 임준수 박사과정생, 송주영, 박주형 석사과정생이 공동 저자로 참여했으며, 숭실대 이은지 교수, 시러큐스대 김석준 교수와의 공동연구로, 한국연구재단 암흑데이터 극한활용 연구센터 삼성전자의 지원으로 수행됐다. 연구결과는 컴퓨터 시스템 분야에서 권위 있는 학회인 'USENIX Symposium on Operating System Design and Implementation(OSDI)' 7 14일 (화) 발표됐다.

 

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연구결과개요

Modernizing File System through In-Storage Indexing

Jinhyung Koo, Junsu Im, Jooyoung Song, Juhyung Park, Eunji Lee, Bryan S. Kim, and Sungjin Lee

(USENIX Symposium on Operating Systems Desgin and Implementation, on-line published on 14 July, 2021)

 컴퓨터 시스템에서 파일 시스템은 사용자의 데이터를 관리하는 기반 시스템 소프트웨어이다. 기존의 전통적인 파일 시스템은 블록 인터페이스를 통해 저장장치에 데이터를 저장한다. 블록 인터페이스 기반 저장장치는 고정된 크기의 블록 형태로 저장 공간을 제공하며 읽기, 쓰기, 삭제 등의 간단한 연산만을 제공한다. 이러한 블록 저장장치에 기반한 파일 시스템은 파일 디렉토리를 블록에 인덱싱(indexing)하기 위해 복잡한 파일 시스템 데이터를 유지하여 높은 데이터 입출력 부하를 가진다. 또한 파일 시스템의 안정성을 보장하기 위해 부가적인 기술을 사용하는 것은 파일 시스템의 데이터 입출력 성능을 크게 감소시킨다. 이에 더해, 파일 시스템을 오래 사용할수록 파일 시스템이 노후화됨에 따라 시스템의 성능은 점차 느려지게 된다는 단점 또한 존재한다.

  연구진은 기존의 블록 인터페이스 기반 파일 시스템이 가지는 문제들을 해결하는 것을 목표로 새로운 - 저장 인터페이스를 도입하여 훨씬 낮은 작동 부하를 가지고 빠른 성능을 제공하는 파일 시스템을 설계하고 구현하였다. 연구진은 최신 저장장치가 가지는 풍부한 자원을 활용하여 파일 시스템에 최적화된 다양한 연산들을 장치 내에 구현하여, 강력한 기능을 제공하는 - 저장장치를 개발하였다. 이러한저장장치 색인’ (In-storage Indexing) 기술을 활용한 - 인터페이스 기반 파일 시스템케빈 기존 다양한 표준 파일 연산들을 빠르게 - 연산으로 변환하며 간단한 - 객체 구성으로 파일 시스템 복잡도를 획기적으로 줄였다. 결과, ‘케빈 기존 블록 인터페이스 기반 파일 시스템과 같은 수준의 데이터 안정성을 보장하는 동시에 최대 43 빠른 파일 연산 처리 성능을 보였으며, 파일 시스템 노후화가 진행되어도 안정적인 입출력 성능을 보였다.

 

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연구결과문답


Q. 이번 성과 무엇이 다른가?

이번 연구는 전통적인 블록 저장 인터페이스 기반 파일 시스템이 가지는 근본적인 문제를 해결할 있는 새로운 - 저장 인터페이스에 기반한 파일 시스템을 설계한 연구이다. 과정에서 파일 시스템을 효율적으로 지원하기 위한 저장장치 알고리즘을 - 저장장치에 개발하였으며, 이를 활용하는 파일 시스템을 실제 시스템에서 구현하였다. 결과, 연구를 통해 제안한 파일 시스템은 기존 블록 기반 파일 시스템이 가지는 다양한 문제들을 해결하거나 완화할 있었다.

Q. 어디에 있나?

파일 시스템은 컴퓨터 시스템에서 데이터를 저장하는데 사용되는 가장 기본적인 시스템 소프트웨어로 데이터 저장이 필요한 사용자 응용 프로그램들은 모두가 사용할 있다. 범위는 일반 사용자를 포함하여 빅데이터 응용, 인공지능, 데이터베이스, 클라우드 시스템까지 광범위하다.

Q. 실용화까지 필요한 시간과 과제는?

실용화를 위해선 연구진이 제안한 - 연산들이 적용된 실제 - 저장장치가 준비되어야 한다. 현재는 삼성전자 기업들이 - 저장장치의 프로토타입을 선보인 상태이다. 연구를 통해 제안된 기술들이 해당 제품에 반영된 , 해당 장치가 우리가 제안한 파일 시스템과 안정적으로 결합되면 실용화가 가능할 것이라 기대된다.

Q. 연구를 시작한 계기는?

최근 - 저장장치가 산업 학계에서 집중을 받고 있다. 기존의 연구들은 - 저장소라는 소프트웨어의 성능을 개선하기 위해 해당 저장장치를 활용하였는데, 우리는 해당 저장장치가 파일 시스템에도 충분히 활용될 있을 것이라 생각했다

Q. 어떤 의미가 있는가?

연구는 - 저장장치가 - 저장소 다른 응용에도 적용되어 기존 시스템이 가지는 문제를 상당 부분 해결할 있다는 것을 보였다. 우리는 아이디어를 확장하면 이번에 연구한 파일 시스템 외에도, 데이터베이스 시스템이나 분산 시스템 다양한 컴퓨터 시스템에서 - 인터페이스가 적용되어 기존 문제를 해결할 있을 것이라 생각한다.

Q. 이루고 싶은 목표는?

- 저장장치를 활용할 있는 다양한 시스템을 연구하여 기존 시스템의 한계를 극복하고 싶다. 이를 통해 - 저장 인터페이스가 차세대 저장 인터페이스로 사용되길 바란다.

 

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그림 설명


[그림 1] - 저장장치 '케빈' 프로토타입

(그림설명) 연구진은 저장장치 색인이 가능한 - 저장장치를 실제 임베디드 장치에 구현하였다.


[그림 2] 제안한 '케빈' 기존 블록 인터페이스 기반 파일 시스템의 성능 비교 

(그림설명) '케빈' 제안한 - 저장장치의 저장장치 색인 기술을 활용해 기존 블록 인터페이스 기반 파일 시스템 대비 최대 43 빠른 성능을 제공한다.

 

 

 

 

 

콘텐츠 담당 담당부서  :   대외협력팀 ㅣ 053-785-1135