KR100570731B1 - 다사용자 저장 시스템에서 개선된 재기회 희생자 버퍼페이지 선정방법 - Google Patents

다사용자 저장 시스템에서 개선된 재기회 희생자 버퍼페이지 선정방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다사용자 저장 시스템에서 희생자 버퍼 페이지를 선택하기 위한 재기회 희생자 버퍼 페이지 선정방법에 관한 것으로써, 특히 다사용자 환경에서 저장 시스템의 버퍼 교체 정책 중, 희생자 버퍼 페이지를 찾기 위해 사용되는 재기회(second chance) 희생자 버퍼 페이지 선정방법에 관한 것이다.
본 발명에 의하면, 희생자 선정을 위해 검색할 첫번째 버퍼 페이지를 지정하는 글로벌 변수의 값을 1만큼 증가시키는 제 1단계와; 임시로 선정된 희생자 버퍼 페이지를 다른 프로세스가 사용하고 있는지를 확인하는 제 2단계와; 최근에 참조된 버퍼 페이지의 재사용 가능성을 고려하여 희생자 버퍼 페이지를 선정하기 위해 상기 임시로 선정된 희생자 버퍼 페이지의 참조 비트가 참조 상태(1)인지 확인하는 제 3단계와; 상기 희생자로 선정된 버퍼에 페이지에 대한 후처리를 위해 선정된 버퍼 페이지의 정보를 다른 프로세스가 접근하지 못하도록 버퍼 페이지에 래치를 설정하는 제 4단계와; 상기 희생자로 선정된 버퍼 페이지를 다른 프로세스가 액세스하여 사용하고 있는지 검사하는 제 5단계와; 상기 검사결과, 선정된 버퍼 페이지가 다른 프로세스에 의해 사용 중이면 버퍼 페이지에 설정된 래치를 풀고 새로운 희생자를 찾기 위해 제 1단계부터 수행을 반복하는 제 6단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다사용자 저장 시스템에서의 개선된 재기회 희생자 버퍼 페이지 선정방법을 제시한다.
다사용자 환경, 저장시스템, 버퍼교체 정책, 재기회 선정, 희생자 버퍼페이지

Description

다사용자 저장 시스템에서 개선된 재기회 희생자 버퍼 페이지 선정방법{An Enhanced Second Chance Method for Selecting a Victim Buffer Page in a Multi-User Storage System}
도 1은 본 발명에 따른 다사용자용 저장 시스템의 재기회 희생자 버퍼 페이지 선정 알고리즘의 수행 과정을 나타낸 예시도 이다.
본 발명은 다사용자 저장 시스템에서 희생자 버퍼 페이지를 선택하기 위한 재기회 희생자 버퍼 페이지 선정방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 다사용자 환경에서 저장 시스템의 버퍼 교체 정책 중, 희생자 버퍼 페이지를 찾기 위해 사용되는 재기회(second chance) 희생자 버퍼 페이지 선정방법에 관한 것이다.
저장 시스템이란 데이터베이스 시스템의 하부 구조에 해당하는 소프트웨어의 일종으로, 데이터를 디스크에 저장하고 관리하는 기능, 버퍼 관리 기능, 트랜잭션 관리 기능, 동시성 제어 기능 및 파손 회복 기능 등을 담당한다. 저장 시스템은 데이터베이스 기술의 핵심 기술로서 데이터베이스 응용 프로그램의 성능에 직접적인 영향을 주는 주요한 역할을 한다.
이러한 저장 시스템은 한번 액세스된 디스크 페이지를 메모리 상의 버퍼에 저장한다. 따라서, 이후에 동일한 페이지를 액세스하면 바로 버퍼를 액세스하여 디스크 입출력(I/O)를 유발하지 않으므로 시스템의 성능이 크게 향상된다.
그러나, 일반적으로 버퍼의 크기는 디스크에 저장된 데이터베이스의 크기보다 매우 작으므로 디스크 상의 모든 페이지가 버퍼에 올라올 수 없다. 이로 인해, 원하는 페이지가 버퍼에 올라와 있지 않을 경우에는 현재 버퍼에 올라와 있는 페이지들 중에서 희생자를 선정하여 다시 디스크로 스왑 한다. 따라서 이러한 저장 시스템에서 여러 응용프로그램의 데이터 처리 요청을 효과적으로 수행하기 위한 버퍼 관리 정책은 응용 프로그램의 성능에 직접적인 영향을 줄 수 있다.
재기회 희생자 버퍼 페이지 선정 알고리즘은 저장 시스템에서 버퍼 관리를 위해 사용하는 LRU 교체정책의 한 구현이다. LRU 교체 정책은 가장 최근까지 사용되지 않는 페이지를 버퍼에서 쫓아낼 희생자(victim)로 삼는 정책이다.
상기의 재기회 희생자 버퍼 페이지 선정 알고리즘을 간략히 설명하면 다음과 같다. 재기회 희생자 버퍼 페이지 선정 알고리즘은 각 버퍼 페이지에 대응하는 엔트리에 대해서 참조 비트를 유지하여 각 엔트리에 대한 액세스가 있을 때마다 참조 비트의 값을 1로 지정한다. 희생자를 선정하는 알고리즘에서는 현재 사용되지 않는 버퍼 페이지에 대해서 참조 비트가 1이면 그 값을 0으로 지정하고 참조 비트가 0이면 그 버퍼 페이지를 희생자로 선정한다. 따라서, 참조 비트가 0인 버퍼 페이지 중 하나가 희생자로 선정되는 것이다.
LRU 교체 정책을 구현한 알고리즘들은 알고리즘의 정확도와 오버헤드 측면에 서 비교할 수 있다. 알고리즘의 정확도는 알고리즘이 얼마나 정확히 LRU 정책을 반영하고 있는지를 의미하고, 오버헤드는 디스크 I/O 비용 및 CPU 비용을 의미한다. 일반적으로 버퍼 교체 정책에서 중요하게 생각되는 것은 시스템의 성능을 높이기 위해 오버헤드를 최소화하는 것이며 알고리즘의 정확도는 중요한 요소로 여기지 않는다. 왜냐하면 비록 희생자로 선정된다고 하더라도 필요한 경우에 다시 읽어 들일 수 있기 때문이다. 그러나 너무 낮은 정확도를 가진 알고리즘은 시스템의 성능을 저하 시킬 수 있다. 즉, 금방 액세스된 페이지가 희생자로 선정되어 버린다면 스캔과 같은 데이터베이스 연산을 위해 해당 페이지를 버퍼로 다시 읽어 들여야 하기 때문이다.
재기회 희생자 버퍼 페이지 선정 알고리즘은 최근에 사용되지 않는 일련의 페이지들 중 한 페이지를 희생자로 선정하므로 높은 정확도를 갖지는 않지만 일반적으로 수용 가능한 정도의 정확도를 가지며, 희생자 선정을 위해 부가적으로 필요한 오버헤드가 페이지당 1bit뿐이므로 디스크 공간을 많이 요구하지 않는다.
현재 다사용자용 재기회 희생자 버퍼 페이지 선정 알고리즘으로 널리 사용되고 있는 것은 Wiss System V-4.0에서 사용하고 있는 재기회 희생자 버퍼 페이지 선정 알고리즘이다. Wiss는 희생자 버퍼 페이지 선정을 위해 검색할 첫 페이지를 지정하는 변수를 프로세스간에 공유할 수 있도록 글로벌 변수로 관리한다. Wiss는 서로 다른 프로세스가 거의 동시에 희생자 버퍼 페이지를 선정하고자 하는 경우, 서로 다른 프로세스가 동일한 글로벌 변수를 접근하여 값을 변화 시킴으로써 발생할 수 있는 오류를 막기 위해 알고리즘의 상단에서 글로벌 변수의 값을 로컬 변수에 복사하여 사용한다. 그리고 희생자로 확정된 버퍼 페이지를 가리키는 로컬 변수의 값을 다시 글로벌 변수에 재 지정한다.
그러나 Wiss의 알고리즘은 몇 가지 문제가 있다. 첫째, 두 프로세스가 동시에 희생자 버퍼 페이지 선정에 참여하여 순차적으로 글로벌 변수를 읽는 경우, 직전에 액세스한 버퍼 페이지가 희생자로 선정될 수 있는 문제가 있다. 즉, 첫번째 프로세스가 최근에 액세스한 버퍼 페이지의 참조 비트를 0으로 바꾼 뒤에, 두번째 프로세스가 그 버퍼 페이지를 희생자 버퍼 페이지로 지정할 수 있다. 둘째, 프로세스가 희생자로 확정된 버퍼 페이지를 가리키는 값을 글로벌 변수에 지정하는 과정에서 다른 프로세스가 지정한 값을 무시하고 재 지정하는 문제가 있다.
이러한 문제점들은 처음 지적한 Wiss의 문제와 마찬가지로 최근에 액세스 되었던 버퍼 페이지를 희생자로 선정하는 문제가 발생하여 시스템의 성능을 저하시킬 수 있다. 따라서 Wiss의 재기회 희생자 버퍼 페이지 선정 알고리즘은 다사용자를 위한 저장 시스템에 버퍼 관리 정책을 위한 알고리즘으로 사용하기에 부적합하다.
이에, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서 본 발명은 다사용자를 위한 저장 시스템의 버퍼 관리 정책에서 최근에 액세스한 버퍼 페이지를 희생자로 선정하는 문제가 발생하지 않는 재기회 희생자 버퍼 페이지 선정방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 기술적 사상으로서 본 발명은
희생자 선정을 위해 검색할 첫번째 버퍼 페이지를 지정하는 글로벌 변수의 값을 1만큼 증가시키는 제 1단계와;
임시로 선정된 희생자 버퍼 페이지를 다른 프로세스가 사용하고 있는지를 확인하는 제 2단계와;
최근에 참조된 버퍼 페이지의 재사용 가능성을 고려하여 희생자 버퍼 페이지를 선정하기 위해 상기 임시로 선정된 희생자 버퍼 페이지의 참조 비트가 참조 상태(1)인지 확인하는 제 3단계와;
상기 희생자로 선정된 버퍼에 페이지에 대한 후처리를 위해 선정된 버퍼 페이지의 정보를 다른 프로세스가 접근하지 못하도록 버퍼 페이지에 래치를 설정하는 제 4단계와;
상기 희생자로 선정된 버퍼 페이지를 다른 프로세스가 액세스하여 사용하고 있는지 검사하는 제 5단계와;
상기 검사결과, 선정된 버퍼 페이지가 다른 프로세스에 의해 사용 중이면 버퍼 페이지에 설정된 래치를 풀고 새로운 희생자를 찾기 위해 제 1단계부터 수행을 반복하는 제 6단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다사용자 저장 시스템에서의 개선된 재기회 희생자 버퍼 페이지 선정방법을 제시한다.
이하, 본 발명의 실시 예에 대한 구성 및 그 작용을 첨부한 도면을 참조하면서 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 기술적 특징은 희생자 버퍼를 찾는 기존의 다사용자용 재기회 희생자 버퍼 페이지 선정 알고리즘을 개선하여 서로 다른 프로세스가 동시에 희생자 버퍼 페이지 선정에 참여하여도 최근에 액세스한 버퍼 페이지를 희생자로 선정하지 않도록 한 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위해 제안된 알고리즘에서는 희생자 버퍼 페이지 선정에 참여한 프로세스가 희생자 버퍼 페이지를 가리키는 글로벌 변수의 값을 읽고 원자적으로 하나 증가 시킨다. 이로서 동시에 희생자 버퍼 페이지 선정에 참여한 서로 다른 프로세스들이 동일한 페이지에 대응하는 참조 비트를 검색하지 않도록 한다. 이러한 원자성은 하드웨어에서 제공하는 단일의 ‘increment’명령어에 의해 보장된다. 따라서 최근에 액세스한 버퍼 페이지를 희생자 버퍼 페이지로 선정하는 것을 방지 할 수 있다.
본 발명의 부가적인 특징은 글로벌 변수를 직접 증가시킴으로써 기존 알고리즘에서 희생자를 선정한 후에 이를 가리키는 로컬 변수의 값을 글로벌 변수에 재 지정하는 불필요한 작업을 제거한 것이다. 따라서 제안된 알고리즘은 다른 프로세스가 지정한 희생자 버퍼 페이지의 값을 무시하고 새로운 값으로 재 지정하는 기존 알고리즘의 문제를 개선하였다.
상술한 바와 같은 특징에 의해 제안된 본 발명에 따른 다사용자를 위한 저장 시스템의 재기회 희생자 버퍼 페이지 선정 알고리즘의 구조는 첨부한 도 1에 도시되어 있다.
도 1의 내용을 살펴보면, 스텝 S1에서 희생자를 선정하고자 하는 프로세스는 한번 액세스된 버퍼 페이지의 엔트리를 다른 프로세스가 액세스하는 기회를 가능한 줄이기 위해 검색되는 페이지를 지정하는 글로벌 변수인 NextVictimIndex의 값을 읽고 바로 하나 증가 시킨다. 따라서 글로별 변수의 값을 바로 증가시키지 않는 Wiss에 비해 동시에 희생자 버퍼 페이지 선정에 참여한 다른 프로세스가 글로벌 변수를 통해 같은 값을 읽을 기회가 매우 드물어진다.
스텝 S2에서는 임시로 선정된 희생자 버퍼 페이지를 다른 프로세스가 이미 사용하고 있는지 확인한다. 만약 다른 프로세스가 그 페이지를 사용하고 있다면 임시로 선정된 페이지는 최종 희생자로 선정될 수 없으며 다시 스텝 S1을 수행하게 된다. 제시한 방법을 사용하면, 희생자 버퍼 페이지 선정 과정에 참여한 프로세스들간의 간섭을 막기 위해 희생자 선정 과정 전체를 상호 배재적으로 수행할 필요가 없어진다. 따라서 희생자 버퍼 페이지 선정 알고리즘이 시스템의 병목 구간(bottleneck)이 되는 것을 방지할 수 있다는 장점이 있다.
스텝 S3에서는 임시로 선정된 희생자 버퍼 페이지의 참조 비트가 참조 상태(1)인지 확인한다. 만약 확인한 버퍼 페이지의 참조 비트가 1이라면 최근에 다른 프로세스에 의해 사용된 페이지이며 스텝 S4에서 버퍼 페이지의 상태를 비참조 상태(0)로 바꾼다.
스텝 S5에서는 희생자로 선정된 버퍼에 페이지에 대한 후처리를 위해 선정된 버퍼 페이지의 정보를 다른 프로세스가 접근하지 못하도록 버퍼 페이지에 래치를 잡는다.
스텝 S6에서는 희생자로 선정된 버퍼 페이지를 다른 프로세스가 액세스하여 사용하고 있는지 검사한다. 이는 희생자로 선정되기 전까지는 버퍼 페이지에 대한 래치를 잡지 않기 때문에 발생할 수 있다.
그러나, 본 발명에 따른 방법과 달리 희생자로 선정되기 전에 버퍼 페이지에 래치를 잡는 것은 프로세스의 동시 수행을 방해하는 중요한 요인이 될 수 있으며 이로 인해 시스템의 성능을 저하 시킬 수 있다. 따라서 공통의 리소스를 여러 개의 프로세스가 공유하여 사용해야 하는 다중 프로세스 환경에서는 적합한 방법이 아니다. 스텝 S6의 검사결과, 선정된 버퍼 페이지가 다른 프로세스에 의해 사용 중이면 스텝 S8에서 버퍼 페이지에 설정된 래치를 풀고 새로운 희생자를 찾기 위해 스텝 S1부터 수행을 반복한다. 그러나 선정된 버퍼 페이지가 다른 프로세스에 의해 사용 중이 아니라면 스텝 S9에서 희생자 버퍼 페이지를 교체하는 후처리를 수행한다.
상술한 바와 같이 동작하는 본 발명에 따른 다사용자를 위한 재기회 희생자 버퍼 페이지 선정 방법은 다음과 같은 장점이 있다.
첫째, 희생자를 선정하고자 하는 프로세스는 글로벌 변수의 값을 읽고 바로 그 변수의 값을 1 증가 시킨다. 따라서 두개 이상의 프로세스가 글로벌 변수로부터 동일 값을 읽을 가능성을 최소화할 수 있으며 직전에 사용된 버퍼 페이지를 희생자 버퍼 페이지로 선정하는 것을 방지하는 장점이 있다.
둘째, 희생자로 선택된 버퍼 페이지를 지정하는 값을 글로벌 변수에 재 지정하는 작업을 제거하였다. 다중 프로세스 환경에서, 이러한 작업은 이전 프로세스가 지정한 희생자 버퍼 페이지에 대한 정보를 무시하고 재 지정하는 효과를 일으켜 최근에 사용된 버퍼 페이지를 희생자로 선정할 가능성이 높아지는 문제점을 유발시킨다.
본 발명에서 제시된 방법에서는 희생자 버퍼 페이지를 선정하고자 하는 프로세스가 항상 글로벌 변수의 값을 하나 증가시키고 희생자인지를 확인하기 때문에 글 로벌 변수의 값은 현재 확인 중인 버퍼 페이지를 지정하는 값보다 크다. 따라서 동시에 수행되는 두개 이상의 프로세스가 글로벌 변수의 동일 값을 참조할 확률이 매우 낮다.

Claims (4)

  1. 희생자 선정을 위해 검색할 첫번째 버퍼 페이지를 지정하는 글로벌 변수의 값을 1만큼 증가시키는 제 1단계와;
    임시로 선정된 희생자 버퍼 페이지를 다른 프로세스가 사용하고 있는지를 확인하는 제 2단계와;
    최근에 참조된 버퍼 페이지의 재사용 가능성을 고려하여 희생자 버퍼 페이지를 선정하기 위해 상기 임시로 선정된 희생자 버퍼 페이지의 참조 비트가 참조 상태(1)인지 확인하는 제 3단계와;
    상기 희생자로 선정된 버퍼에 페이지에 대한 후처리를 위해 선정된 버퍼 페이지의 정보를 다른 프로세스가 접근하지 못하도록 버퍼 페이지에 래치를 설정하는 제 4단계와;
    상기 희생자로 선정된 버퍼 페이지를 다른 프로세스가 액세스하여 사용하고 있는지 검사하는 제 5단계와;
    상기 검사결과, 선정된 버퍼 페이지가 다른 프로세스에 의해 사용 중이면 버퍼 페이지에 설정된 래치를 풀고 새로운 희생자를 찾기 위해 제 1단계부터 수행을 반복하는 제 6단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다사용자 저장 시스템에서의 개선된 재기회 희생자 버퍼 페이지 선정방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 제 2단계에서 다른 프로세스가 페이지를 사용하고 있다면, 임시로 선정된 페이지는 최종 희생자로 선정하지 않고 다시 제 1단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 다사용자 저장 시스템에서의 개선된 재기회 희생자 버퍼 페이지 선정방법.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 제 3단계에서 확인된 버퍼 페이지의 참조 비트가 1이라면 최근에 다른 프로세스에 의해 사용된 페이지이므로, 재사용 가능성을 고려하여 버퍼 페이지의 상태를 비참조 상태(0)로 변경하는 것을 특징으로 하는 다사용자 저장 시스템에서의 개선된 재기회 희생자 버퍼 페이지 선정방법.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 제 6단계에서 선정된 버퍼 페이지가 다른 프로세스에 의해 사용 중이 아니라면 희생자 버퍼 페이지를 교체하는 후처리를 수행하는 것을 특징으로 하는 다사용자 저장 시스템에서의 개선된 재기회 희생자 버퍼 페이지 선정방법.
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