The Data Transmission of Image Storage System of PACS

EuyHyun Cho,Jeongkyu Park 한국방사선학회 2018 한국방사선학회 논문지 Vol.12 No.6

최근 PACS에서 장기간 저장장치로 디스크 배열이 많이 사용되고 있으나, 디스크에 대한 년 간 불량률에 관해서 신뢰성이 부족한 실정이다. 2016년 10월부터 2017년 2월까지 PACS 판독기에서 의료영상을 읽거나 저장하면서 하드디스크의 직렬포트단자를 조사하였으며, PACS 영상저장 장치에 사용되었던 하드디스크 98대와 개인용 컴퓨터에 사용되었던 하드디스크 101대에 저장된 데이터에서 전송률을 산출하였다. PACS 판독기에서 CT영상을 읽었을 경우에는 수십 MB이하 단위로 읽기는 87.8%, 쓰기는 12.2%가 수행되었다. PACS 판독기에서 CT 영상을 저장할 때는 수십 MB이하 단위로 읽기는 11.4%, 쓰기는 88.6%가 수행되었다. 개인용 컴퓨터에서 엑셀 파일을 읽을 경우에는 3 MB 이하단위로 읽기는 75%, 쓰기는 25%가 수행되었다. 개인용 컴퓨터에서 엑셀 파일 저장을 진행하면서 하드디스크와의 통신은 3 MB이하단위로 읽기는 38%, 쓰기는 62%가 수행되었다. PACS내 영상저장장치에 사용되는 하드디스크의 전송률은 10 GB/h, 개인용 컴퓨터의 하드디스크의 전송률은 5 GB/h로 나타났다. PACS내 영상저장에 사용되던 하드디스크의 년간 불량률은 0.97 ~ 1.13%를 보였고, 개인용 컴퓨터 내 하드디스크의 년간 불량률은 0.51~0.7%를 보였다. 전송량이 높을수록 년 간 불량률도 높아졌다. 이러한 결과는 하드디스크의 수명예측이나 연간 고장률을 예측하기 위한 기초 자료로 활용될 것이다. Recently, Disk array is widely used as a long term storage device in PACS, but reliability is not enough in relation to annual failure rate of disk. Between October 2016 and February 2017, we scanned the serial port of the hard disk while reading or storing medical images on a PACS reader. The data rate was calculated from the data stored in HDD 99ea that were used in the PCAS image storage device and in HDD 101ea that were used in the Personal Computer. When a CT image was read from a PACS reader, Reading was 87.8% and Writing was 12.2% in units of several tens of megabytes or less. When the CT image was stored in the PACS reader, Reading was 11.4% and Writing was 88.6% in units of several tens of megabytes or less. While reading the excel file on the personal computer, Reading was 75% and Writing was 25% in less than 3 MB, and In the process of storing the excel file on the personal computer, Reading was carried out by 38% and Writing was carreid out 62% in the units of 3 MB or less. The transfer rate of the hard disk used in the PACS image storage device was 10 GB/h, and the transfer rate per hour of the hard disk of the personal computer was 5 GB / h. Annual failure rate of hard disk of image storage system is 0.97 ~ 1.13%, Annual failure rate of Hard Disk of personal computer is 0.97 ~ 1.13%. the higher transfer rate is, the higher annual failure rate is. These results will be used as a basis for predicting the life expectancy of the hard disk and the annual failure rate.

보안 외장 하드디스크 취약점 익스플로잇 프레임워크 설계

홍세준(Sejun Hong),정원빈(Wonbin Jeong),권수진(Sujin Kwon),이경률(Kyungroul Lee) 한국컴퓨터정보학회 2024 한국컴퓨터정보학회 학술발표논문집 Vol.32 No.1

기존의 외장 하드디스크는 보안 기능의 부재로 인하여, 비인가자로부터 디스크가 탈취되는 경우에는 저장된 데이터가 유출되거나 훼손되는 문제점이 존재한다. 이러한 문제점을 보완하기 위하여, 보안 기능을 제공하는 보안 외장 하드디스크가 등장하였지만, 보안 기능 중 패스워드나 지문 인증과 같은 사용자 인증을 우회하는 취약점이 지속적으로 발견됨으로써, 비인가자가 장치 내부에 안전하게 저장된 데이터에 접근하는 보안위협이 발생하였다. 이러한 보안위협은 국가사이버안보센터에서 공개한 보안 요구사항을 만족하지 못하거나, 만족하더라도 설계나 구현 과정에서 내포된 취약점으로 인하여 발생한다. 본 논문은 이와 같이 보안 외장 하드디스크에서 발생하는 취약점을 점검하기 위한 목적으로 보안 외장 하드디스크 익스플로잇 프레임워크를 설계하였다. 취약점을 점검하기 위한 전체 프레임워크를 설계하였고, 프레임워크에서 제공하는 각 기능 및 유즈케이스 다이어그램을 설계하였으며, 설계된 프레임워크를 활용한다면, 현재 상용화되었거나 추후 개발될 보안 외장 하드디스크를 대상으로 안전성을 평가할 것으로 판단된다. 그뿐만 아니라, 안전성 평가 결과를 기반으로, 보안 외장 하드디스크에 내재된 취약점을 보완함으로써 안전성을 더욱 향상시키고, 수동으로 분석하여야만 하는 보안 외장 하드디스크의 취약점 점검을 자동화함으로써, 안전성을 평가하는 시간과 비용 또한 절감할 것으로 사료된다.

PACS내 영상저장 장치의 데이터 전송

조의현 ( Euyhyun Cho ),박정규 ( Jeongkyu Park ) 한국방사선학회 2018 한국방사선학회 논문지 Vol.12 No.6

최근 PACS에서 장기간 저장장치로 디스크 배열이 많이 사용되고 있으나, 디스크에 대한 년 간 불량률에 관해서 신뢰성이 부족한 실정이다. 2016년 10월부터 2017년 2월까지 PACS 판독기에서 의료영상을 읽거나 저장하면서 하드디스크의 직렬포트단자를 조사하였으며, PACS 영상저장 장치에 사용되었던 하드디스크 98대와 개인용 컴퓨터에 사용되었던 하드디스크 101대에 저장된 데이터에서 전송률을 산출하였다. PACS 판독기에서 CT영상을 읽었을 경우에는 수십 MB이하 단위로 읽기는 87.8%, 쓰기는 12.2%가 수행되었다. PACS 판독기에서 CT 영상을 저장할 때는 수십 MB이하 단위로 읽기는 11.4%, 쓰기는 88.6%가 수행되었다. 개인용 컴퓨터에서 엑셀 파일을 읽을 경우에는 3 MB 이하단위로 읽기는 75%, 쓰기는 25%가 수행되었다. 개인용 컴퓨터에서 엑셀 파일 저장을 진행하면서 하드디스크와의 통신은 3 MB이하단위로 읽기는 38%, 쓰기는 62%가 수행되었다. PACS내 영상저장장치에 사용되는 하드디스크의 전송률은 10 GB/h, 개인용 컴퓨터의 하드디스크의 전송률은 5 GB/h로 나타났다. PACS내 영상저장에 사용되던 하드디스크의 년간 불량률은 0.97 ~ 1.13%를 보였고, 개인용 컴퓨터 내 하드디스크의 년간 불량률은 0.51~0.7%를 보였다. 전송량이 높을수록 년 간 불량률도 높아졌다. 이러한 결과는 하드디스크의 수명예측이나 연간 고장률을 예측하기 위한 기초 자료로 활용될 것이다. Recently, Disk array is widely used as a long term storage device in PACS, but reliability is not enough in relation to annual failure rate of disk. Between October 2016 and February 2017, we scanned the serial port of the hard disk while reading or storing medical images on a PACS reader. The data rate was calculated from the data stored in HDD 99ea that were used in the PCAS image storage device and in HDD 101ea that were used in the Personal Computer. When a CT image was read from a PACS reader, Reading was 87.8% and Writing was 12.2% in units of several tens of megabytes or less. When the CT image was stored in the PACS reader, Reading was 11.4% and Writing was 88.6% in units of several tens of megabytes or less. While reading the excel file on the personal computer, Reading was 75% and Writing was 25% in less than 3 MB, and In the process of storing the excel file on the personal computer, Reading was carried out by 38% and Writing was carreid out 62% in the units of 3 MB or less. The transfer rate of the hard disk used in the PACS image storage device was 10 GB/h, and the transfer rate per hour of the hard disk of the personal computer was 5 GB / h. Annual failure rate of hard disk of image storage system is 0.97 ~ 1.13%, Annual failure rate of Hard Disk of personal computer is 0.97 ~ 1.13%. the higher transfer rate is, the higher annual failure rate is. These results will be used as a basis for predicting the life expectancy of the hard disk and the annual failure rate.

하이브리드 하드디스크를 위한 효율적인 데이터 블록 교체 및 재배치 기법

박광희(Kwanghee Park),이근형(Geunhyung Lee),김덕환(Deok-Hwan Kim) 한국정보과학회 2010 정보과학회 컴퓨팅의 실제 논문지 Vol.16 No.1

최근 낸드 플래시 메모리가 하드디스크 수준으로 읽기 성능이 향상되고, 전력소비가 훨씬 적음에 따라, 플래시메모리와 하드디스크를 같이 사용하는 하이브리드 하드디스크와 같은 이기종 저장장치들이 출시되고 있다. 하지만 낸드 플래시 메모리의 쓰기 및 삭제 속도가 기존 자기디스크의 쓰기 성능에 비해 매우 느릴 뿐 아니라, 사용자 층에서 쓰기 요청이 집중될 경우 CPU, 메인 메모리에 심각한 오버헤드를 발생시킨다. 본 논문에서는 비휘발성 캐시의 역할을 하는 낸드 플래시 메모리의 성능을 향상시키기 위해 읽기의 참조 빈도는 낮고, 쓰기의 갱신 빈도가 높은 데이터 블록들을 교체하는 LFU(Least Frequently Used)-Hot 기법을 제시하고, 교체 될 데이터 블록들을 재배치하여 자기디스크로 플러싱하는 기법을 제시한다. 실험 결과, 본 논문에서 제안하는 LFU-Hot 블록 교체 기법과 멀티존 기반의 데이터 블록 재배치기법 실행시간이 기존 LRU, LFU 블록 교체 기법들보다 입출력 성능 면에서 최대 38% 빠르고, 비휘발성 캐시의 수명을 약 40% 이상 향상 시킴을 증명하였다. Recently heterogeneous storage system such as hybrid hard disk drive (H-HDD) combining flash memory and magnetic disk is launched, according as the read performance of NAND flash memory is enhanced as similar to that of hard disk drive (HDD) and the power consumption of NAND flash memory is reduced less than that of HDD. However, the read and write operations of NAND flash memory are slower than those of rotational disk. Besides, serious overheads are incurred on CPU and main memory in the case that intensive write requests to flash memory are repeatedly occurred. In this paper, we propose the Least Frequently Used-Hot scheme that replaces the data blocks whose reference frequency of read operation is low and update frequency of write operation is high, and the data flushing scheme that rearranges the data blocks into the multi-zone of the rotation disk. Experimental results show that the execution time of the proposed method is 38% faster than those of conventional LRU and LFU block replacement schemes in I/O performance aspect and the proposed method increases the life span of Non-Volatile Cache 40% higher than those of conventional LRU, LFU, FIFO block replacement schemes.

I/O 성능 및 형평성 향상을 위한 가상화 인지 디스크 파티셔닝 기법

이남수(Namsu Lee),강동우(Dongwoo Kang),김세욱(Sewoog Kim),최종무(Jongmoo Choi),김준모(Junmo Kim) 한국정보과학회 2012 정보과학회논문지 : 시스템 및 이론 Vol.39 No.6

가상화는 게스트라고 불리는 다중 가상 머신이 하나의 호스트 머신에서 동시적으로 수행할 수 있도록 하기위하여 물리적 자원을 다중 논리적 자원으로 추상화하는 기술이다. XEN에서 가상 하드 디스크를 지원하는 방법은 파일, 개별 파티션 및 실제 디스크와 같이 세 가지 방법이 있다. 가장 공통적으로 채택되는 방식은 하나의 디스크를 다중 파티션으로 나누고 각각의 파티션을 가상 하드디스크로서 각각의 가상 머신에 할당하는 파티션-기반 방식이다. 이러한 방식은 하드 디스크 기록 방식의 물리적 특성 때문에 내부 실린더 상에 위치한 파티션의 성능이 외부 실린더 상에 위치한 파티션의 성능보다 낮아져서 성능편차가 발생한다는 문제점을 지닌다. 또한, 서로 다른 가상 머신에서 요청된 I/O 요청들 간의 긴 탐색 거리를 필요로 하기 때문에, 동시에 다중 가상머신이 동작할 때 동시적 I/O 성능을 감소시키는 잠재적 문제점을 갖고 있다. 우리는 이와 같은 성능 불균형과 성능 감소를 극복하기 위해서 Onion과 Pizza로 불리는 새로운 두 가지 파티션 구조를 제안한다. 우리는 XEN 4.1에서 Domain-0 용도로 사용되어지는 Linux kernel 2.6.32를 수정함으로써 우리의 제안을 구현하였다. 성능평가 결과, Original의 파티션 구조와 비교 하였을 때, Pizza 구조는 가상 머신간의 공평성을 높이는 성능 결과를 보였으며 Onion 구조는 공평성을 개선했을 뿐만 아니라, 임의 또는 순차적 I/O에 관계없이 동시적 I/O 성능을 개선함을 파악할 수 있었다. Virtualization is a technology that abstracts physical resources into multiple logical resources so that multiple virtual machines, also called as guests, can run concurrently in a single host machine. In XEN, there are three different ways to support a virtual hard disk; file, individual partition, and real disks. The most commonly adopted way is the partition-based one, that divides a single disk into multiple partitions and assigns each partition into each virtual machine as a virtual hard disk. One problem of this approach is that the partition located on inner-cylinders gives a unfairly worse performance than the partition on outer-cylinders due to the physical characteristics of the hard disk recording mechanism. Also, it has a potential to degrade concurrent I/O performance when multiple virtual machines run concurrently due to a long seek distance between the I/O requests requested from different virtual machine. To overcome the unfairness and performance degradation, we propose two novel partitioning schemes, called Onion and Pizza. We have implemented our proposals in the XEN 4.1 by modifying the Linux kernel 2.6.32 which is used for the Domain-0. Performance evaluation results have shown that the Pizza scheme can enhance fairness among virtual machines while the Onion scheme can improve not only fairness but also performance regardless of random or sequential I/O, compared with the original partitioning scheme.

하드디스크 데이타 I/O 속도 측정용 유틸리티 blockwrite 개발과 응용

김효령(Hyo-Ryoung Kim),송민규(Min-Gyu Song) 한국전자통신학회 2020 한국전자통신학회 논문지 Vol.15 No.6

하드디스크의 속도 성능을 탐색해 볼 수 있는 유틸리티를 개발하였다. 하드디스크에 적용하여 속도 곡선을 자세히 볼 수 있음을 보이고, 이동평균 방법을 적용하면 하드디스크의 실린더 구조와 속도 곡선의 변화를 선명하게 볼 수 있도록 하였다. 확장성을 위해 일반 대용량 스토리지에 적용하였으며, 최근에 새로운 저장 매체로 각광 받고 있는 SSD의 I/O 성능을 측정하였다. 10Gbps급 이상의 속도를 보이는 M.2 NVME를 이용하여, 리눅스 O/S에서 제공하느 cp와 속도 비교 실험을 수행함으로서, 유틸리티의 신뢰성을 검증하였다. In order to investigate the speed profile of data I/O of HDD, we have delveloped an utility program. The application to HDD reveals the detail properties of the speed profile of HDD and the relation between the cylinder structrure of HDD and the velocity profile, also. For the extent application, the experiment of the large volume storage was performed, and the profile of SSD media, which is known as the new rapid media, was measured. The new M.2 NVME SSD, which has the ability of over 10Gbps, we can compare the velocities between cp under linux O/S and the utility, and shows that the preformance of the utility can be reliable.

이기종 저장 장치 환경을 위한 버퍼 캐시 관리 기법

이세환(Sehwan Lee),고건(Kern Koh),반효경(Hyokyung Bahn) 한국정보과학회 2010 정보과학회논문지 : 시스템 및 이론 Vol.37 No.5

플래시 메모리는 하드 디스크에 비해 크기가 작고 물리적 충격에 강하며 전력 소모가 적은 점 등 많은 장점을 가지고 있지만 아직까지 단위 공간당 가격이 높아 하드 디스크를 전면 대체하기는 어려운 실정이다. 최근 노트북 컴퓨터 등 일부 모바일 장치에서는 하드 디스크와 플래시 메모리를 함께 사용하여 두 매체의 장점을 극대화하려는 시도가 이루어지고 있다. 하지만 기존 운영체제는 이기종 저장 장치 환경이 아닌 단일 저장 장치 환경에 최적화되어 이러한 장점을 충분히 살리지 못하고 있다. 본 논문에서는 이를 해결하기 위해 세 가지 기법을 이용하는 새로운 버퍼 캐시 관리 기법을 제안한다. 첫째, 입출력 접근 패턴을 탐지하고 블록의 저장 위치 별 성능 특성을 분석한 후 동적 한계 효용에 근거하여 버퍼 캐시 공간을 할당한다. 둘째, 입출력 접근 패턴과 저장 장치 특성에 따라서 선택적으로 선반입 기법을 적용한다. 셋째, 버퍼 캐시에서 저장 장치로 쫓겨날 때 해당 블록의 접근 패턴에 따라 하드 디스크와 플래시 메모리 중 더 적합한 매체를 결정하고 그 매체에 블록이 저장되도록 한다. 제안하는 기법들을 트레이스 기반 시뮬레이션으로 검증한 결과 기존 기법에 비해 버퍼 캐시 적중률은 29.9%, 총 실행시간은 49.5% 향상되었다. Flash memory has many good features such as small size, shock-resistance, and low power consumption, but the cost of flash memory is still high to substitute for hard disk entirely. Recently, some mobile devices, such as laptops, attempt to use both flash memory and hard disk together for taking advantages of merits of them. However, existing OSs (Operating Systems) are not optimized to use the heterogeneous storage media. This paper presents a new buffer cache management scheme. First, we allocate buffer cache space according to access patterns of block references and the characteristics of storage media. Second, we prefetch data blocks selectively according to the location of them and access patterns of them. Third, we moves destaged data from buffer cache to hard disk or flash memory considering the access patterns of block references. Trace-driven simulation shows that the proposed schemes enhance the buffer cache hit ratio by up to 29.9% and reduce the total I/O elapsed time by up to 49.5%.

저전력과 응답시간 향상을 위한 하이브리드 하드디스크의 입출력 기법

김정원(Jeong-Won Kim) 한국컴퓨터정보학회 2011 韓國컴퓨터情報學會論文誌 Vol.16 No.10

최근 전력소모와 읽기 성능이 우수한 Solid state disk(SSD)가 많이 사용되고 있으나 가격이 고가이고 삭제 및 쓰기 연산의 효율이 낮은 것이 단점이다. 이것을 보완하기 위한 저장장치의 일종이 하이브리드 하드디스크 (H-HDD: Hybrid Hard disk drive)인데 하드디스크 내부에 플래시 메모리(NVCache: Non-volatile Cache)를 장착하여 디스크블록의 캐시로 사용한다. 본 논문에서는 H-HDD의 저전력과 응답시간을 향상시키기 위해 NVCache의 선반입 및 관리 기법을 제안한다. 제안하는 기법은 NVCache를 읽기 캐시를 위주로 사용하고 쓰기캐시는 디스크 헤드와 스핀들의 상황에 따라 쓰기 연산을 지원한다. 읽기 캐시의 경우 시간적, 지역적 지역성을 동시에 고려하여 선반입을 통해 응답시간과 전력 소모를 감소시키고 쓰기 캐시의 경우 디스크 스핀들의 동작 상태에 따라 NVCache에 쓰기를 실시하여 저전력과 응답성을 향상시키고자한다. Recently, Solid state disk is mainly used because this device has lower power consumption as well as higher response time. But it features higher price and lower performance at delete and write operations compared with HDD. To compensate this defect, Hybrid hard disk with internal non-volatile flash memory was issued. This NVCache is used as a kind of cache for disk blocks. In this paper, an I/O scheme for H-HDD is proposed for improving low power consumption as well as response time. Our method is to use this NVCache as read cache mainly and write cache when write requests are concentrated. In read cache operation, disk blocks with higher priority determined on basis of time as well as spatial localities are prefetched, which can improve response time. The write operation is conducted only at write peak time as disk spindle up costs higher battery power as well as response time. Experiments results show that the suggested method can improve response time of H-HDD and lower the power consumption.

하이브리드 하드디스크를 위한 효율적인 선반입 기법

김정원,Kim, Jeong-Won 한국전자통신학회 2011 한국전자통신학회 논문지 Vol.6 No.5

하이브리드 하드디스크(Hybrid hard disk drive: H-HDD)가 SSD(Solid state drive)에 비해 경쟁력을 갖기 위해서는 저전력, 읽기 속도가 핵심 요소이다. 본 연구에서는 H-HDD에 장착되어 있는 비휘발성 메모리에 디스크 블록을 선반입하여 저전력과 응답시간을 향상시킬 수 있는 기법을 제안한다. 제안하는 기법의 핵심은 시스템파일이나 자주 사용되는 파일은 파일단위로 캐싱하고 나머지는 블록단위로 선반입한다. 선반입은 디스크 큐를 서비스하고 남은 여유 시간에 우선순위가 높은 블록부터 실행되며 이때 사용되는 우선순위는 시간적, 지역적 지역성을 동시에 고려하여 결정된다. 실험 결과 제안 기법은 기존 기법에 비해 전력소모가 낮고 응답시간이 향상되었음을 확인하였다. The Competitiveness of Hybrid hard disk drive(H-HDD) for solid state disk(SSD) comes from both lower power consumption and higher reading speed. This paper suggests a prefetching scheme that can improve the performance of Non-Volatile cache(NVCache) memory installed on the H-HDD through prefetching disk blocks as well as files to the NVCache. The proposed scheme makes the highly used data such as booting files copy to the NVCache as an unit of file and the frequently accessed blocks copy to the NVCache. This prefetching is done on the idle time of disk queue and the priorities of prefetched target blocks are based on both time and spatial locality of blocks. Experiments results show that the suggested method can improve response time of H-HDD and also lower the power consumption.

하이브리드 하드디스크에서 AHP를 적용한 블록 교체 기법

김정원(Jeong-Won Kim) 한국산업정보학회 2015 한국산업정보학회논문지 Vol.20 No.5

하이브리드 하드디스크는 저전력이면서 마그네틱 하드디스크에 비해 읽기 성능이 우수하다. 이 디스크의 플래시메모리에는 지역성이 높은 블록이 저장되므로 효율적인 블록 교체 기법이 필요하다. 블록 교체에는 크기, 지역성, 빈도 등 다양한 요인에 의해 결정되므로 일종의 다중 기준 결정 모델로 정의될 수 있다. 이 문제를 해결하기 위해 본 연구는 AHP (Analytic Hierarchy Process) 모델을 적용하여 효율적인 블록 교체 기법을 제시한다. 실험의 효율성을 검증하기 위하여 철저한 시뮬레이션을 수행한 결과 일반응용 프로그램의 응답성뿐만 아니라 부트 시간이 단축됨을 확인하였다. The read performance of hybrid hard disk is better than the legacy hard disk and power consumption is also considerably low. As blocks with enough localities may be located in the non-volatile cache whose size is generally limited, an effective block replacement scheme is required. As this replacement is inevitably affected by various parameters, we define this issue as a kind of multiple criteria decision model. To solve this problem, this paper suggests a new block replacement algorithm based on the analytic hierarchy process. Through simulation for our model, we confirmed that the proposed model could be used as a replacement algorithm of the hybrid hard disk as it may improve boot time as well as response time of general applications.