데이터 중심 컴퓨팅 및 시스템 연구실 연구팀

ACM HotStorage 국제 저명 학술 워크샵 3년 연속 (2021년, 2022년, 2023년) 논문 채택

 

▲ (위 왼쪽부터) 경제학과/컴퓨터공학과 변성진 학사과정, 노요셉 석사과정

(아래 왼쪽부터) 컴퓨터공학과 Safdar Jamil 석박통학과정, 컴퓨터공학과 김영재 교수

컴퓨터공학과 데이터 중심 컴퓨팅 및 시스템 연구실의 변성진(학부연구생), 노요셉(석사과정), Safdar Jamil(석박통합과정) 학생들이 김영재 교수의 지도를 받아 작성한 “A Free-Space Adaptive Runtime Zone-Reset Algorithm for Enhanced ZNS Efficiency” 논문이 국제 저명 학술 워크샵 The 15th ACM Workshop on Hot Topics in Storage and File Systems (HotStorage)에 채택되었다. 또한, 본 연구는 삼성전자(공동저자: 강정욱)와의 협력 연구로 수행되었다.

 

본 연구는 로그 병합 구조 트리 (LSM-tree) 기반의 키-밸류 저장소(Key-Value Store)를 Zoned Namepsace SSD (ZNS SSD)에서 구동 시 수행되는 Zone Reset Command의 알고리즘을 제안한다.

 

LSM-tree 기반의 Key-Value Store (e.g. RocksDB)를 ZNS SSD에서 최적화 시키는 것은 최근 학계와 많은 연구원들의 관심을 끄는 주제이다. 본 연구에서는 특별히 RocksDB의 잘 알려진 User-Level File System인 ZenFS를 분석하고 문제점을 지적한다.

▲ RocksDB의 LSM-tree 구조(왼쪽)과 ZenFS에서의 Zone Cleaning 과정(오른쪽)

먼저 ZenFS에서 Zone Reset을 명령할 때 Write Pointer (WP)가 Zone의 끝까지 도달하였을 때 Host-managed Garbage Collection(GC)를 수행하는 “Zone Cleaning” 이외에, WP가 Zone의 끝까지 도달하지 않았음에도 성능 개선을 위해 Zone Reset을 곧바로 수행하는 “Runtime zone-reset”을 발견하였다. 또한 현재의 Runtime zone-reset 알고리즘이 디바이스의 수명을 감소시킬 수 있다는 점을 지적하며, Runtime zone-reset의 빈도와 방법에 따라 시스템의 성능과 디바이스의 수명간의 어떤 trade-off가 있는지를 분석하였다.

▲ Runtime Zone-Reset에 따른 성능, 수명 간의 trade-off 분석

본 논문은 수명을 감소시킬 수 있는 문제점을 최소화 하면서, 시스템의 성능은 최대로 보장해주는 “Free-Space Adaptive Runtime Zone-Reset” 알고리즘을 제안한다. 해당 알고리즘은 디바이스 내의 사용 가능 공간 (free space)과 특정한 Turning Point를 기반으로 가변적으로 Runtime Zone-Reset을 수행하게 된다. 본 논문은 이를 통해 디바이스의 수명은 약 2배 보장을 해주며, 성능은 유지시킴을 실험을 통해 확인한다.

 

SSD의 고질적인 out-of place update로 인한 쓰기 증폭(Write Amplification) 및 오버 프로비저닝(Over Provisioning) 문제를 해결하기 위한 방법으로 등장한 ZNS SSD는 차세대 스토리지 장치로서 기존 블록 기반 SSD가 갖는 SSD 내부 GC로 인한 성능 저하를 제거할 수 있다. 이러한 ZNS SSD는 블록 기반의 SSD를 대체할 후보로 활발히 논의되고 있으며, 본문의 FAR 알고리즘은 Zone Reset 명령어의 방법과 효과에 대해 보다 깊은 통찰력을 제공해줄 것으로 보인다.

 

ACM HotStorage는 최첨단 스토리지 연구를 위해서 독창성, 기술적 장점 및 향후 스토리지 시스템 설계 및 애플리케이션에 영향을 미칠 통찰력 있는 토론으로 이어질 가능성을 심사하는 저명한 국제 학술 워크샵이다. 본 워크샵은 올해 7월 9일 미국 보스턴에서 개최될 예정이다.

 

▶학회 링크 : https://www.hotstorage.org/2023/

▶논문 링크 : https://discos.sogang.ac.kr/file/2023/intl_conf/HotStorage_2023_S_Byeon.pdf