컴퓨터공학과 대학원 황순 학생 (석사과정 4학기)이 컴퓨터 공학과 김영재 교수의 지도를 받아 작성한 “매니코어 환경에서 Per-Core NAT를 통한 F2FS의 create() 확장성” 논문이 지난 2021년 12월 20일 열린 한국정보과학회 학술대회(KSC 2021)에서 컴퓨터시스템 분야 우수 논문상을 수상했다.

▲ 왼쪽부터 황순(석사과정 4학기, 지도교수:김영재), 이창규(석박통합 9학기, 지도교수:김영재), 한정욱(석사과정 2학기, 지도교수:김영재), 김영재(지도교수)

▲ 2021 한국정보과학회 학술대회 우수논문상

 

 

그림 1. 기존 F2FS의 파일 create flow

 

그림 2. Per-Core NAT를 적용한 F2FS의 create flow

근래 단일 CPU에서 제공하는 Core의 수가 증가함에 따라 수백개의 Core를 가진 매니코어 서버가 데이터 처리 시스템에 사용되고 있다. 또한 매니코어 서버는 NVMe SSD등의 고성능 저장장치를 동원하여 로컬 파일 시스템에 대한 병렬성이 높은 I/O 처리가 가능하게 되었다. 매니코어 환경에서 로컬 파일 시스템에 많은 Core가 동시에 I/O 수행하는 경우 성능 확장성이 크게 떨어지는 문제가 있다. I/O를 수행하는 Core 수 증가에 비례한 Throughput 증가인 성능 확장성은 크게 데이터 I/O의 확장성과 메타데이터 I/O의 확장성으로 나눌 수 있다. 이 중 메타데이터 I/O의 낮은 확장성의 이유는 메타데이터 I/O들이 공유하는 자료구조에 파일 시스템 범위의 Lock이 사용되기 때문이다.

대표적인 메타데이터 I/O인 create()의 성능 확장성 개선을 위하여, 본 논문에서는 FxMark를 사용해 Linux 파일 시스템인 F2FS의 create() 확장성을 분석하였다. 그 결과 create() 확장성 병목은 On-disk 자료구조인 NAT(Node Address Table)의 캐시인 Free NID Cache와 NAT Cache에 적용된 Lock으로 인한 Blocking에 기인함을 확인하였다. 이를 해결하기 위하여 각 Core가 NAT의 캐시에 독립적인 접근을 가능케하는 Per-Core NAT를 제안하고 각 Core의 독립된 디렉토리에서 create() 수행하는 워크로드에서 확장성을 보였다.

한국정보과학회(KSC 2021)는 인공지능, 컴퓨터시스템, 정보보안 및 고신뢰컴퓨팅 등 정보기술 전 분야의 최신 연구결과가 발표되는 정보과학기술 학술대회이다. 

논문 링크 :  https://discos.sogang.ac.kr/file/2021/dome_paper/KSC_2021_S_Hwang.pdf