The 32nd International Symposium on the Modeling, Analysis, and Simulation of Computer (MASCOTS) 2024

우수국제학술대회 논문채택

(공동 제1저자: 황보하민, 노요셉 책임저자: 김영재 교수)

▶ (왼쪽부터) 황보하민 석사과정, 노요셉 석사과정, 변성진 석사과정, Safdar Jamil 박사과정

데이터 중심 컴퓨팅 및 시스템 연구실의 황보하민, 노요셉(공동 제1저자), 변성진(석사과정), Safdar Jamil(박사과정)과 김영재 교수(교신저자)가 작성한 “Towards A Unified Garbage Collection Strategy in ZNS Key-Value Store File Systems Using Same-Victim GC” 논문이 The 32nd International Symposium on the Modeling, Analysis, and Simulation of Computer (MASCOTS ‘24)에 게재가 확정되었다.

본 연구는 로그 병합 구조 트리 (LSM-tree) 기반의 키-밸류 저장소 (KV Store)를 Zoned Namepsace SSD (ZNS SSD)에서 구동 시 증가하는 쓰기 증폭 문제를 줄이는 기법을 제안한다. 특히, RocksDB와 같은 기존 LSM-tree 기반의 Key-Value Store에서 Compaction 문제를 해결하기 위해 제안된 BlobDB를 분석한다. 또한 RocksDB의 잘 알려진 User-Level File System인 ZenFS를 분석하고 BlobDB-ZenFS 시스템에서의 문제점을 지적한다.

BlobDB는 전통적인 KV store과는 달리 Value만을 저장하는 Blob 파일을 먼저 append-only 방식으로 기록하고, Key와 Value를 가리키는 Pointer를 SST 파일에 저장한다. 이로 인해 BlobDB는 Blob 파일의 무효화된 Value를 회수하는 BlobGC라는 작업을 추가적으로 수행한다. BlobGC가 동작함으로 인해 BlobDB-ZenFS 시스템에선 Blob 파일에 대해 두개의 GC가 각각 동작하는, GC over GC (GoG) 상황이 발생한다. 본 연구에선 먼저 두 GC의 victim의 구성에 따라 시스템에 어떤 영향이 있는지 보기 위해, 두 victim set의 4가지 관계를 나누어 각각 분석을 진행하였다.

▲ 두 GC의 victim의 구성에 따른 4가지 관계의 분석

분석 결과, (a)의 경우는 일어나지 않으며, (b)와 (c)의 경우에 victim set의 element와 크기가 일치하지 않아 쓰기 증폭이 발생하며 불필요한 compaction 오버헤드가 발생하는 것을 확인하였다. 반면, (d)에선 쓰기 증폭이 발생하지 않으며, Compaction 오버헤드 역시 최적으로 줄일 수 있다. 본 연구에선 이러한 관계를 Same-Victim GC라고 명하고, BlobDB-ZenFS 시스템에서 Same-Victim GC를 해야함을 주장한다.

Same-Victim GC를 달성하기 위해서, 본 연구에선 파일 시스템 레벨의 Blob-Aware Zone Allocation (BAZA)와, KV Store 레벨의 Z_cutoff를 제안한다. 두 알고리즘은 BlobDB-ZenFS 시스템에서 각각의 GC의 동작 원리에 대한 면밀한 분석에 기인해 설계되어 최적에 가까운 Same-Victim GC를 달성한다. 이를 통해 BAZA는 Zone Cleaning (ZenFS의 GC)의 쓰기 증폭을 제거하고, Z_cutoff는 Compaction 성능을 2배 향상시킨다. 또한 두 알고리즘은 ZNS SSD의 공간 사용률을 1.28배 향상시킨다.

▲ Same-Victim GC에 의한 파일 시스템에서 GC 효율성 평가.

IEEE MASCOTS는 다양한 컴퓨터 시스템 분야의 측정, 모델링, 및 분석에 대한 최신 연구를 위한 저명한 국제학술대회이다. 올해 MASCOTS의 논문 채택률은 25%였다. 본 학회는 올해 Krakow, Poland에서 10월 21일부터 10월 23일까지 개최된다. 또한, MASCOTS는 정보과학회 소프트웨어분야 우수학술대회, BK21 플러스 사업 CS분야 우수국제학술대회(BK IF=2)에 등재가 되어 있다.

참고자료:

학회: https://mascots24.iitis.pl/

논문: 추후 추가 예정