NVMe SSD 기반 스토리지 환경에서 사용자 응답성 개선 = Improving user responsiveness in NVMe SSDs storage based environment

국문 초록 (Abstract)

NVMe SSD는 단위시간 당 최대 수십 기가바이트의 대역폭 성능을 보이는 저장장치로서, 보다 개선된 성능을 제공할 뿐 아니라 가격 경쟁력까지 갖춰가고 있다. NVMe SSD와 같은 고사양의 저장장치를 효율적으로 지원하기 위하여 리눅스 커널의 발전도 함께 이루어졌다. 멀티 코어를 사용하는 환경과 멀티 큐를 사용하는 저장장치를 지원하기 위하여 최근 리눅스 블록 입출력 계층에는 멀티 큐 시스템이 도입되었다. 이렇듯 커널은 다양하게 변화된 사용 환경을 지원하고 있지만 멀티 큐 블록 입출력 계층에서 제공하는 특정 프로세스를 위한 차별적인 지원은 부족하다. 본 논문에서는 사용자의 만족도와 밀접한 관련이 있는 전위에서 실행되는 프로세스의 사용자 응답성을 개선하기 위한 스케줄링 기법을 제안한다. NVMe 인터페이스는 코어 당 제출 큐를 제공하고, NVMe 컨트롤러는 제출 큐에 적재된 입출력 요청을 라운드 로빈 방식으로 처리한다. 이를 고려하여, 전위 프로세스의 입출력 요청을 최소 사이즈를 갖는 제출 큐로 제출하여 단위시간 당 처리되는 수를 증가시킴으로써 응답성을 개선할 수 있다. 이를 위해 전위 프로세스를 식별할 수 있어야 하며 해당 입출력 요청의 스케줄링 기법을 블록 입출력 계층에 구현했다. 다수 개의 프로세스가 후위에서 실행되는 상황에서 전위에서 실행되는 프로세스의 응답성을 평가하는 실험을 진행했고, 그 결과 전위에서 실행되는 프로세스의 응답성이 기존 커널 대비 15% 가량 개선되었음을 확인하였다.

목차 (Table of Contents)

• 제 1 장 서론 1
• 제 2 장 배경지식 및 관련연구 4
• 2.1 NVMe 드라이버 4
• 2.2 멀티 큐 블록 계층 9
• 2.3 관련연구 15
• 제 3 장 차별적인 입출력 지원 기법 설계 및 구현 17
• 3.1 차별적인 입출력 지원의 부재 17
• 3.2 전위 프로세스의 응답성 개선 18
• 3.3 구현 사항 20
• 3.3.1 응용에서의 전위 프로세스 식별 20
• 3.3.2 제출 큐의 사이즈 정보를 제공하는 NVMe 드라이버 21
• 3.3.3 차별적인 입출력 스케줄링을 지원하는 블록 계층 23
• 제 4 장 성능 평가 25
• 4.1 실험 방법 25
• 4.2 실험 결과 28
• 제 5 장 결론 및 향후 연구 34
• 참고문헌 36