패리티 데이터 중복제거와 스토리지 가상화를 적용한 고성능 클라우드 스토리지 시스템의 설계 및 구현 :

허희성

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자료유형: 학위논문

저자정보: 허희성 (인하대학교, 인하대학교 대학원)

지도교수: 김덕환

발행연도: 2016

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이 논문의 연구 히스토리 (3)

2016

패리티 데이터 중복제거와 스토리지 가상화를 적용한 고성능 클라우드 스토리지 시스템의 설계 및 구현

허희성 일반 2016.01 학위논문

2015

인피니밴드 스토리지 네트워크를 적용한 오픈스택 클라우드 스토리지 시스템의 설계 및 스토리지 가상화 성능평가

허희성 , 이광수 , 메히디 외 1명 정보과학회 컴퓨팅의 실제 논문지 2015.07 학술저널

2014

인피니밴드 스토리지 네트워크를 적용한 오픈스택 클라우드 스토리지 시스템의 설계

허희성 , 이광수 , 메히디 외 1명 한국정보과학회 학술발표논문집 2014.12 학술대회자료

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기존에 사용되던 HDD(Hard Disk Drive)와는 다르게 SSD(Solid State Drive)는 비휘발성 메모리를 이용하여 데이터를 저장하는 장치이다. 일반적으로 사용되는 NAND Flash 기반 SSD는 HDD보다 비교적 용량이 낮으며 마모도가 존재하여 제한된 횟수만큼만 쓸 수 있다는 단점이 있지만, HDD에 비해 뛰어난 읽기, 쓰기성능을 갖는 장점이 있다. 따라서 SSD를 RAID를 이용하여 Array 구조로 구성한다면, HDD에 비해 훨씬 적은 수의 스토리지를 사용하여 고성능·고신뢰성을 갖는 스토리지를 구축할 수 있다. 그러나 이러한 고성능 스토리지는 여전히 HDD Array에 비해 낮은 용량을 가지며, 신뢰성을 향상시키기 위한 패리티 데이터의 빈번한 갱신으로 인해 플래시 셀의 마모가 빠르게 진행된다는 문제가 있다.
이러한 문제의 해결을 위해 본 논문에서는 첫째로 SCST를 이용한 All Flash Array 스토리지 가상화 기법을 제안한다. SCST(The generic SCSI target subsystem for Linux)는 개발자가 SCSI 타겟 스토리지를 구성할 수 있게 하는 오픈소스 소프트웨어이며, 스토리지 네트워크 구성을 위해 다양한 SCSI 네트워크 프로토콜을 지원한다. 따라서 가상화된 스토리지를 사용자에게 유연하게 할당하여 스토리지의 활용률을 높힐 수 있으며, 계층 구조를 갖는 고성능·고신뢰성 스토리지를 생성할 수 있다. 실험 결과 40Gb 인피니밴드를 통해 가상화된 All Flash Array는 SCSI 로컬 All Flash Array에 비해 순차/임의 읽기의 경우에 각각 78%, 79%의 성능을 보였으며, 순차/임의쓰기의 경우에는 83%, 88%의 성능을 보임을 확인하였다.
둘째로, 인피니밴드 스토리지 네트워크를 적용한 오픈스택 클라우드 스토리지 시스템의 설계 및 스토리지 가상화 기법을 제안한다. 오픈스택은 서버, 네트워크, 스토리지 자원들을 가상화하고, 사용자들에게 이를 제공한다. 본 논문에서는 인피니밴드 스토리지 네트워크를 구성하는 모든 스토리지 노드들에 분산 RAID-60 구조를 적용하여 Nova의 가상머신에서 사용 가능한 All Flash Array 기반의 고성능 Cinder 스토리지 볼륨을 구현한다. 실험 결과로 생성된 RAID-60 All flash array 스토리지는 최대 3.2GB/s에 달하는 읽기 성능을 나타내었으며, 이를 통해 인피니밴드가 고성능 스토리지를 가상화하기 위한 오픈스택 클라우드 스토리지 시스템에 적합함을 확인하였다.
셋째로, SSD 기반 클라우드 블록 스토리지 시스템에서 패리티 데이터의 갱신을 효율적으로 감소시키기 위해 패리티 데이터 중복제거 기법을 제안한다. 실험 결과 제안한 방법이 기존의 데이터 중복제거 방법에 비해 오픈스택 클라우드 블록 스토리지 환경에서 CPU 오버헤드와 DRAM 사용량이 감소하였으며, 쓰기 속도와 패리티 디스크에 대한 중복제거 효율이 향상되었음을 확인하였다.

목차 ⅱ
그림 목차 ⅵ
표 목차 ⅹ
국문 요약 ⅹⅱ
영문 요약 ⅹⅳ
Ⅰ. 서론 1
Ⅱ. 관련 연구 4
2. 1. RAID(Redundant Array of Independent Disks) 4
2. 2. All Flash Array 6
2. 3. SCST(Generic SCSI target subsystem for Linux) 7
2. 4. 오픈스택 프레임워크 8
2. 5. 인피니밴드 스토리지 네트워크 10
2. 6. 데이터 중복제거 기술 12
Ⅲ. SCST를 이용한 All Flash Array 스토리지 가상화 13
3. 1. RAID-60 구조의 All Flash Array 13
3. 2. SCST를 이용한 스토리지 가상화 14
Ⅳ. 인피니밴드 스토리지 네트워크를 적용한 오픈스택 클라우드 스토리지 시스템 설계 및 구현 17
4. 1. 제안하는 오픈스택 클라우드 스토리지 시스템의 구조 17
4. 2. 분산 RAID-60 구조 기반 클라우드 스토리지 19
Ⅴ. All Flash Array 기반 오픈스택 클라우드 블록 스토리지에서의 패리티 데이터 중복제거 21
5. 1. 클라우드 환경에서의 패리티 데이터 중복제거 21
5. 2. 패리티 데이터 중복제거 기법이 적용된 오픈스택 클라우드 블록 스토리지 시스템 25
Ⅵ. 실험 및 성능 평가 27
6. 1. 실험 환경 27
6. 2. HDD Array 스토리지와 All Flash Array 스토리지의 성능 비교 29
6. 3. RAID-60 구조 All Flash Array 스토리지의 성능 30
6. 4. 실험 환경 34
6. 5. 오픈스택 클라우드 환경에서 Flash 기반 가상 스토리지의 성능 평가 36
6. 6. 실험 환경 40
6. 7. 가상화된 클라우드 블록 스토리지에 적용된 패리티 데이터 중복제거 성능평가 40
Ⅶ. 결론 44
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