KR100479330B1 - 스트라이핑을 하는 레이드 시스템에서 동적 디스크의 수를지원하는 계산에 의한 매핑에서의 스냅샷 방법 - Google Patents

스트라이핑을 하는 레이드 시스템에서 동적 디스크의 수를지원하는 계산에 의한 매핑에서의 스냅샷 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 스트라이핑(striping)을 하는 레이드 시스템(RAID system)에서 동적 디스크의 변화를 지원하는 매핑(mapping)에서의 스냅샷 방법(method of snapshot)에 관한 것이다. 본 발명은 SZIT(Striping Zone Information Table)를 이용한 계산에 의한 매핑을 하는 시스템에서 스냅샷을 생성하고 이를 통하여 온라인 백업(on-line backup) 등의 연산을 수행할 수 있다. SZIT를 이용한 매핑방법은 계산에 의한 매핑의 한 방법으로써 디스크 추가를 할 때 곧바로 데이터에 대한 재구성을 하지 않아도 시스템 운영을 할 수 있는데, 이러한 시스템에서 보통의 경우에는 SZIT를 사용한 계산에 의한 방법으로 매핑을 수행하고, 스냅샷이 생성되어 있는 경우에는 SZIT에 의한 계산을 통하여 매핑을 한 후 스냅샷 테이블을 사용하여 매핑을 수행하게 된다.

Description

스트라이핑을 하는 레이드 시스템에서 동적 디스크의 수를 지원하는 계산에 의한 매핑에서의 스냅샷 방법{METHOD OF SNAPSHOT FOR SUPPORTING DYNAMIC NUMBER OF DISKS IN MAPPING USING EQUATION IN STRIPING RAID SYSTEM}
본 발명은 디스크(disk)의 입력/출력(input/output) 성능 향상을 위하여 스트라이핑(striping)으로 데이터를 저장하고 있는 레이드(Redundant Array of Inexpensive(or Independent) Disks : RAID) 시스템에서의 스냅샷 방법(method of snapshot)에 관한 것으로서, 특히 레이드 시스템에서 운영 중에 디스크가 추가된다면 데이터를 곧바로 재배치하지 않고 스트라이핑 지역 정보 테이블(Strip Zone Information Table, 이하 SZIT라 칭함)과 매핑 수학식을 통하여 디스크 수에 유연하고 디스크 추가로 인한 서비스 지연을 최소화하는 매핑에서의 스냅샷 방법에 관한 것이다.
현재, 인터넷 사용의 대중화는 작업 환경의 급속한 변화와 함께 저장되어야 할 데이터 양의 폭발적인 증가를 가져왔다. 더욱이 멀티미디어의 발전으로 일반 컴퓨터에서 처리하던 데이터 크기가 매우 커졌으며, 컴퓨터 사용자의 증가로 인해 처리해야할 데이터의 양 또한 증가하였다. 그러나, 하나의 서버(server)에 접속되어 데이터를 저장하고 관리하는 클라이언트 서버(client server)의 데이터 관리 시스템이나 파일서버를 기반으로 하는 네트워크 파일 시스템과 같은 일반 자료저장 시스템들은 늘어난 데이터를 처리하는 데 한계가 있다.
이렇게 증가된 데이터 양을 효율적으로 처리하기 위하여 최근에는 자료저장 시스템에서 레이드 기술을 채택하고 있다. 레이드의 기본적인 개념은 작은 드라이브들을 연결해서 큰 드라이브 하나를 대체함으로써 이들이 가지는 모든 입력/출력 대역폭을 동시에 사용해서 최대 데이터 전송 대역폭을 극대화하는 것이다. 레이드 기술은 그 특성에 따라 여러 단계를 제공하는데, 레이드 레벨 0과 3, 4, 5는 디스크 배열을 구성하는 장치들에 데이터를 분산하여 저장하는 방법이다. 즉, 모든 데이터를 스트리핑 단위(striping unit)로 각 디스크에 순차적으로 써 나가는 스트라이핑 방법으로 디스크로의 입력/출력을 동시에 수행하기 때문에 병렬 특성이 높아진다.
한편, 시스템의 사용자는 시스템에게 논리적인 주소로 디스크 입력/출력을 요구하는데, 시스템을 이 논리적인 주소를 실제 물리적인 주소로 변환하여 사용한다. 이러한 변환 방법은 크게 계산에 의한 방법과 매핑 테이블에 의한 방법이 있다. 계산에 의한 방법은 매핑 속도는 빠르나 디스크 수의 변화나 스냅샷과 같은 동적인 환경 변화에 잘 적응하지 못한 단점이 있으며, 매핑 테이블에 의한 방법은 동적인 환경 변화에는 잘 적응할 수 있지만, 매핑 테이블의 크기가 매우 커지기 때문에 이 정보를 디스크에 저장하고 매번 디스크로부터 읽어야 하기 때문에 속도가 느려지는 단점이 있다. SZIT를 사용한 매핑 방법은 매핑 테이블과는 달리 주메모리에 상주할 수 있을 정도의 적은 양의 데이터를 사용하여 계산에 의해 매핑할 수 있는 방법으로 매핑 속도가 빠르며, 디스크 수 변화에도 잘 적응할 수 있는 장점을 가진다.
스냅샷은 시스템의 어떤 시점에서의 데이터 상태를 저장할 수 있는 방법으로 온라인 백업(on-line backup) 등에 유용한 기술이다. 스냅샷을 구현하는 보편적인 방법은 갱신이 발생할 블록에 대해서만 스냅샷을 걸기전의 데이터를 따로 저장한다.
도 1은 종래의 카피-온-라이트(copy-on-write) 방법을 나타낸 개략도로, 파일 시스템(110), 스냅샷 영역(120), 변경 블록 검사 모듈(130), 및 처음 갱신 검사 모듈(140)로 구성된다. 파일 시스템(110)은 파일 A(111)와 파일 B(112)를 구비하며 가장 최근의 데이터를 가지고 있다. 스냅샷 영역(120)은 변경된 블록맵(121)과 변경된 파일 B(112)의 첫 블록(B1')을 구비하며 스냅샷이 생성되었을 때 변경된 데이터에 대해서 스냅샷이 걸린 상태를 유지하기 위해 필요한 데이터를 저장한다.
동 도면에 있어서, 파일 시스템(110)에 대한 읽기(151)와 같이 스냅샷이 생성되기 전에 파일 A(111)에 대한 읽기 요청이 들어오면 파일 시스템(110)에 저장되어 있는 파일A(111)을 읽어서 서비스를 수행한다.
스냅샷이 생성된 이후의 쓰기 연산은 처음 갱신 검사 모듈(140)과 같은 첫 번째 갱신인지를 검사하는 과정이 필요하다.
만일 파일에 대한 갱신(154)과 같이 파일 B(112)의 첫 번째 블록에 대한 쓰기 연산이 들어온 경우에 첫 갱신이라면 파일 시스템(110)에 있는 파일 B(112)의 첫 번째 블록을 스냅샷 영역(120)에 복사하고 이의 정보를 변경된 블록맵(121)에 기록한다. 실제 갱신할 내용은 파일 시스템(110) 내의 파일 B(112)의 첫 번째 블록에 기록한다.
스냅샷에 대한 읽기 연산에 대해서도 변경 블록 검사 모듈(130)과 같은 변경된 블록인지를 검사하는 과정이 필요하다. 만일 변경되지 않은 블록이라면 파일 시스템(110)의 데이터를 바로 읽는다. 하지만 변경되었다고 판단이 되면 스냅샷 영역(120)의 변경된 블록맵(121)을 검사하여 변경된 블록의 물리적인 위치를 찾아 데이터를 읽는다.
이와 같은 종래의 기술은 디스크 수의 변화나 스냅샷 등의 동적환경 변화에는 적응할 수 없는 결점이 있다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 결점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, SZIT를 이용한 계산에 의한 매핑에서의 스냅샷을 관리하여 디스크 수의 변화나 스냅샷 등의 동적환경 변화에도 적응하도록 하는 스트라이핑을 하는 레이드 시스템에서 동적 디스크의 수를 지원하는 계산에 의한 매핑에서의 스냅샷 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 스트라이핑을 하는 레이드 시스템에서 동적 디스크의 수를 지원하는 계산에 의한 매핑에서의 스냅샷 방법에 있어서, 사용자가 스냅샷을 생성하면 디스크 연산을 통해 일반적인 디스크 입력/출력을 막고, 스냅샷 테이블을 초기화 한 후, 디스크 입출력을 허용하는 제 1 단계; 쓰기 요청이 오면 SZIT를 통한 매핑으로 물리적인 주소를 알아내는 제 2 단계; 스냅샷 생성 유무를 확인하는 제 3 단계; 상기 제 3 단계의 판단 결과, 스냅샷이 생성되었을 경우 물리주소에 해당하는 스냅샷 테이블의 값이 초기화 상태인지 여부를 확인하는 제 4 단계; 상기 제 4 단계의 판단 결과, 물리주소에 해당하는 스냅샷 테이블의 값이 초기화 상태라면 읽기 연산인지 여부를 확인하는 제 5 단계; 상기 제 5 단계의 판단 결과, 읽기 연산이 아닌 경우 스냅샷 영역에 새로운 공간을 할당 받는 제 6 단계; 상기 할당 받은 공간에 찾아낸 물리주소의 블록을 복사하는 제 7 단계; 복사가 끝나면 스냅샷 매핑 테이블의 해당 영역에 잠금을 요청하고 할당받은 스냅샷 물리주소의 정보를 스냅샷 매핑 테이블에 저장한 후 잠금을 해지하는 제 8 단계; 물리주소의 위치에 데이터를 갱신하는 제 9 단계; 상기 제 4 단계의 판단 결과, 물리주소에 해당하는 스냅샷 테이블의 값이 초기화 상태가 아니라면 스냅샷 데이터 읽기 연산인지를 판단하는 제 10 단계; 상기 10 단계에서 스냅샷 데이터 읽기 연산인 경우 스냅샷 테이블을 이용하여 스냅샷 데이터 주소값을 알아낸 후 디스크 I/O 수행하는 제 11 단계; 및 상기 10 단계에서 스냅샷 데이터 읽기 연산이 아닌 경우(일반 데이터에 대한 읽기, 쓰기 연산), 상기 제 2 단계에서 계산된 물리주소를 통하여 디스크 I/O 수행하는 제 12 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시 예를 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 스트라이핑을 하는 레이드 시스템에서 동적 디스크의 수를 지원하는 계산에 의한 매핑에서의 스냅샷 방법을 실시하기 위한 스트라이핑을 하는 레이드 시스템을 개략적으로 나타낸 블록도로, 중앙 처리 장치(Central Processing Unit : CPU), 디스크(210), 메인 메모리(main memory)(220), 및 스냅샷 디스크(231)가 버스(bus)로 접속된다. 디스크(210)는 SZIT(211) 및 스냅샷 매핑 테이블(212)을 각기 구비하는 다수의 디스크로 이루어진다. 이때, 디스크와 스냅샷 디스크는 물리적으로 다른 디스크일 수도 있지만, 같은 경우에도 가능하다. 메인 메모리(220)는 SZIT(221), 스냅샷 관리자(222), 및 자유공간 관리자(223)를 구비한다. 스냅샷 디스크(231)는 자유공간 비트맵(230)을 구비한다.
동 도면에 있어서, 디스크(210)는 시스템을 재부팅한 경우에도 매핑정보를 알 수 있도록 하기 위해 SZIT(211)를 저장하며, 스냅샷이 생성될 것을 위해 스냅샷 매핑 테이블(212)을 구비한다. 시스템 운영중에는 SZIT(221)가 메인 메모리(220)상으로 읽어온다.
디스크(210) 내의 스냅샷 매핑 테이블(212)은 스냅샷이 생성되었을 때 초기화된 후, 블록에 대한 갱신이 요청되면, 해당 블록에 대한 원본 값을 스냅샷 영역(230)에 저장한 후, 그 물리 주소를 스냅샷 테이블에 저장하고 블록에 대한 갱신을 수행한다.
스냅샷 디스크(231)에서와 같이 스냅샷 영역은 데이터가 저장되는 디스크와 별도의 디스크로 유지할 수 있는데, 스냅샷 공간으로 할당되었는지 유무를 나타내기 위해서 비트맵과 같은 관리 정보가 필요하며 이를 담당하는 것이 자유공간 관리자이다.
도 3은 본 발명에 따른 스트라이핑을 하는 레이드 시스템에서 동적 디스크의 수를 지원하는 계산에 의한 매핑에서의 스냅샷 방법을 단계별로 나타낸 순서도로, 사용자의 디스크에 대한 입력/출력 요구가 들어왔을 때의 흐름도를 나타낸다.
먼저, 사용자가 스냅샷을 생성하면 디스크 연산을 통해 일반적인 디스크 입력/출력을 막고, 스냅샷 테이블을 초기화 한 후 다시 일반 디스크 입/출력을 허용한다(단계 300).
쓰기 요청이 오면 SZIT를 통한 매핑으로 물리적인 주소 예로, 물리주소 A를 알아낸다(단계 310). 즉, 블록에 대한 일반적인 읽기는 SZIT를 통한 매핑으로 수행된다.
스냅샷 생성 유무를 확인한다(단계 320).
상기 단계 320의 판단 결과, 스냅샷이 생성되었을 경우 물리주소 A에 해당하는 스냅샷 테이블의 값이 초기화 상태인지 여부를 확인한다(단계 330).
상기 단계 330의 판단 결과, 물리주소 A에 해당하는 스냅샷 테이블의 값이 초기화 상태라면 읽기 연산인지 쓰기 연산인지를 확인한다(단계 332).
상기 단계 332의 판단 결과, 쓰기 연산인 경우 스냅샷 영역에 새로운 공간을 할당 받는다(단계 350).
할당 받은 공간에 찾아낸 물리주소의 블록을 복사한다(단계 360). 예로, 물리주소 A의 데이터를 할당받은 공간 B에 복사한다.
복사가 끝나면 할당받은 스냅샷 물리주소 예로, 물리주소 B의 정보를 스냅샷 매핑 테이블에 저장한다(단계 370).
물리주소 예로, 물리주소 A의 위치에 데이터를 갱신한다(380).
상기 단계 330의 판단 결과, 물리주소 A에 해당하는 스냅샷 테이블의 값이 초기화 상태가 아니라면 스냅샷 데이터에 대한 읽기 연산인지 여부를 확인한다(단계 340).
상기 단계 340의 판단 결과, 스냅샷 데이터 읽기 연산인 경우 스냅샷 테이블을 참조하여 물리주소 B의 위치를 읽어온 후 디스크 입력/출력을 수행한다(단계 342).
상기 단계 340의 판단 결과 스냅샷 테이블이 초기화 상태가 아닌 경우에서의 스냅샷 데이터 읽기가 아닌 일반 데이터에 대한 읽기/쓰기 연산인 경우 물리주소 A로 디스크 입력/출력한다(단계 344).
상기 단계 320의 판단 결과 스냅샷이 생성되지 않았을 경우 물리주소 A로, 상기 단계 332의 판단 결과 스냅샷 테이블이 초기화 상태에서의 읽기 연산인 경우 물리주소 A로 각기 디스크 입력/출력한다.
이와 같이 스냅샷에 대한 읽기 요청은 SZIT를 통한 매핑을 한 후, 스냅샷 테이블이 초기 상태이면 매핑한 결과인, 물리주소로 디스크 상의 데이터 블록의 위치를 찾는다. 반면, 초기 상태가 아니라면 스냅샷 테이블에 저장된 물리주소로 찾게 된다.
스냅샷을 삭제하면 스냅샷 테이블에 저장된 물리주소를 찾아서 이에 대한 스냅샷 관리를 하는 자유공간 관리자의 비트맵을 할당되지 않음으로 표시한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은, 일반적인 계산에 의한 매핑 방법에서의 스냅샷 방법을 응용하여 새로운 디스크 추가에도 유연성을 가지는 SZIT 방법에서 스냅샷을 지원할 수 있다.
도 1은 종래의 카피-온-라이트 방법을 나타낸 개략도,
도 2는 본 발명에 따른 스트라이핑을 하는 레이드 시스템에서 동적 디스크의 수를 지원하는 계산에 의한 매핑에서의 스냅샷 방법을 실시하기 위한 스트라이핑을 하는 레이드 시스템을 개략적으로 나타낸 블록도,
도 3은 본 발명에 따른 스트라이핑을 하는 레이드 시스템에서 동적 디스크의 수를 지원하는 계산에 의한 매핑에서의 스냅샷 방법을 단계별로 나타낸 순서도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
210 : 디스크 211, 221 : SZIT
212 : 스냅샷 매핑 테이블 220 : 메인 메모리
222 : 스냅샷 관리자 223 : 자유공간 관리자
230 : 자유공간 비트맵 231 : 스냅샷 디스크

Claims (4)

  1. 스트라이핑을 하는 레이드 시스템에서 동적 디스크의 수를 지원하는 계산에 의한 매핑에서의 스냅샷 방법으로서,
    사용자가 스냅샷을 생성하면 디스크 연산을 통해 일반적인 디스크 입력/출력을 금지시키고, 스냅샷 테이블을 초기화한 후 디스크 입출력을 허용하는 제 1 단계와;
    디스크 입출력 요청이 오면 SZIT(Striping Zone Information Table)를 통한 매핑으로 물리적인 주소를 알아내는 제 2 단계와;
    스냅샷 생성 유무를 확인하는 제 3 단계와;
    상기 제 3 단계의 판단 결과, 스냅샷이 생성되었을 경우 물리주소에 해당하는 스냅샷 테이블의 값이 초기화 상태인지 여부를 확인하는 제 4 단계와;
    상기 제 4 단계의 판단 결과, 물리주소에 해당하는 스냅샷 테이블의 값이 초기화 상태라면 읽기 연산인지 여부를 확인하는 제 5 단계와;
    상기 제 5 단계의 판단 결과, 읽기 연산이 아닌 경우 스냅샷 영역에 새로운 공간을 할당 받는 제 6 단계와;
    상기 할당 받은 공간에 찾아낸 물리주소의 블록을 복사하는 제 7 단계와;
    복사가 끝나면 스냅샷 매핑 테이블의 해당 영역에 잠금을 요청하고 할당받은 스냅샷 물리주소의 정보를 스냅샷 매핑 테이블에 저장한 후 잠금을 해지하는 제 8 단계와;
    물리주소의 위치에 데이터를 갱신하는 제 9 단계와;
    상기 제 4 단계의 판단 결과, 물리주소에 해당하는 스냅샷 테이블의 값이 초기화 상태가 아니라면 스냅샷 데이터 읽기 연산인지를 판단하는 제 10 단계와;
    상기 10 단계에서 스냅샷 데이터 읽기 연산인 경우 스냅샷 테이블을 이용하여 스냅샷 데이터 주소값을 알아낸 후 디스크 I/O 수행하는 제 11 단계; 및
    상기 10 단계에서 스냅샷 데이터 읽기 연산이 아닌 경우, 상기 제 2 단계에서 계산된 물리주소를 통하여 디스크 I/O 수행하는 제 12 단계를 포함하는 스트라이핑을 하는 레이드 시스템에서 동적 디스크의 수를 지원하는 계산에 의한 매핑에서의 스냅샷 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 3 단계의 판단 결과, 스냅샷이 생성되지 않았을 경우 디스크를 입력/출력하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스트라이핑을 하는 레이드 시스템에서 동적 디스크의 수를 지원하는 계산에 의한 매핑에서의 스냅샷 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 5 단계의 판단 결과, 읽기 연산인 경우 디스크를 입력/출력하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스트라이핑을 하는 레이드 시스템에서 동적 디스크의 수를 지원하는 계산에 의한 매핑에서의 스냅샷 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제 11 단계의 판단 결과, 읽기 연산인 경우 디스크를 입력/출력하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스트라이핑을 하는 레이드 시스템에서 동적 디스크의 수를 지원하는 계산에 의한 매핑에서의 스냅샷 방법.
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