KR101185818B1 - 고체 상태 드라이브를 이용한 연속 데이터 보호 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고체 상태 드라이브(SSD)를 이용한 연속 데이터 보호 시스템에 관한 것으로서, 시스템 버스를 이용하여 접속되는 적어도 하나 이상의 고체 상태 드라이브(SSD)가 내장된 연속데이터보호(CDP) 서버와, 표준 프로토콜을 통해 상기 연속데이터보호 서버와 네트워크로 연결되는 객체보호대상 서버로 이루어지되, 상기 연속데이터보호 서버는 상기 SSD를 스카시(SCSI) 명령어를 사용할 수 있는 스카시 장치로 인식시키는 스카시 드라이버(SCSI Dirver)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명은 PCIe(Peripheral Component Interconnect express) 타입의 고속 SSD를 저장-캐시로 사용할 수 있도록 스카시(SCSI) 드라이버를 이용하여 소프트웨어적으로 스카시 장치로 에뮬레이터 함으로써 데이터 및 명령어의 입출력하는 양과 속도가 기존에 비해 월등히 향상될 수 있고, CDP의 미러링 및 저널링 속도를 향상시킬 수 있으며, 고성능 서버와 CDP의 성능 차이에서 발생하는 병목현상을 방지할 수 있다.

Description

고체 상태 드라이브를 이용한 연속 데이터 보호 시스템{CONTINUOUS DATA PROTECTION SYSTEM USING SOLID STATE DRIVE}
본 발명은 고체 상태 드라이브(SSD)를 이용한 연속 데이터 보호 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 스카시(SCSI) 드라이버를 이용하여 SSD를 저장-캐시로 사용하여 미러링 및 저널링 속도를 향상시킬 수 있는 고체 상태 드라이브(SSD)를 이용한 연속 데이터 보호 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 하드 디스크는 깨지기 쉽고, 제한된 수명이 있으며, 그 기능 오류는 저장되어 있는 귀중한 데이터를 액세스할 수 없게 만든다. 대부분의 기존의 백업 솔루션들은 주기적으로 데이터 복사본을 생성하여, 최근에 생성되거나 수정된 데이터를 다음번 백업 시간까지 보호되지 않은 상태에 두는 문제점이 있다.
그러나, 연속 데이터 보호(continuous data protection, CDP)는 저장한 데이터가 변할 때 자동으로 복사 저장하여 특정 시점으로의 복구를 강점으로 하는 백업 기술로서, 이를 이용한 CDP 시스템은 데이터가 디스크에 저장될 때마다 데이터에 대해 원격지 복사본을 생성함으로써 상기와 같은 문제점을 해결하려 한다.
즉, 상기 CDP 시스템은 변경되는 데이터 트랙을 실시간 캡처해 운영 스토리지와 독립된 별도의 공간에 저장하고, 이를 통해 과거의 어느 시점으로든 복원할 수 있고, 블록, 파일 및 애플리케이션 기반으로 동작해 매우 세세한 복구 가능한 시점과 무수히 많은 복원 시점을 제공한다.
종래의 팔콘스토어(FalconStor)의 CDP 시스템은 미러링 및 저널링의 속도를 향상시키기 위하여 쓰기-캐시(WriteCache)로 저장-캐시(SafeCache)를 사용한다. 그런데, 종래의 팔콘스토어의 CDP 시스템은 입출력을 위한 직렬 구조의 인터페이스인 PCIe(Peripheral Component Interconnect express) 타입의 SSD(Solid State Drive)를 사용할 경우에 윈도우나 리눅스 같은 운영체제의 파일시스템에서 SSD를 블록장치로 인식하여 저장-캐시로 사용할 수 없고, 또 유닉스 운영체제에서는 PCIe 타입의 SSD를 인식조차 하지 못하는 문제점이 있다.
따라서, 종래의 CDP 시스템은 PCIe 타입의 SSD를 스카시(SCSI, Small Computer System Interface) 명령어를 사용할 수 있는 SCSI 장치로 사용하기 위하여 블록장치로 인식되는 PCIe 타입의 SSD를 SCSI 장치로 에뮬레이터 하는 기능이 필수적으로 요구되고 있다.
이때, SCSI는 컴퓨터에서 주변기기를 접속하기 위한 직렬 표준 인터페이스로 입출력 버스를 접속하는데 필요한 기계적, 전기적인 요구사항과 모든 주변기기 장치를 중심으로 명령어 집합에 대한 규격을 말한다. 상기 SCSI는 주변기기의 번호만 각각 지정해 주면 자료의 충돌문제를 걱정하지 않고도 주변기기를 제어할 수 있다.
이와 같이, 종래의 CDP 시스템은 SSD를 저장-캐시로 사용하기 위해서는 사타(SATA, Serial ATA)방식의 SSD만 가능하였고, PCIe 타입의 SSD는 블록장치로 인식되어 저장-캐시로 사용할 수 없다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 더욱 상세하게는 PCIe(Peripheral Component Interconnect express) 타입의 SSD를 저장-캐시로 사용할 수 있도록 스카시(SCSI) 드라이버를 이용하여 소프트웨어적으로 구현함으로써 CDP의 미러링 및 저널링 속도를 향상시키고, 고성능 서버와 CDP의 성능 차이에서 발생하는 병목현상을 방지할 수 있는 고체 상태 드라이브(SSD)를 이용한 연속 데이터 보호 시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하고 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 고체 상태 드라이브(SSD)를 이용한 연속 데이터 보호 시스템은, 시스템 버스를 이용하여 접속되는 적어도 하나 이상의 고체 상태 드라이브(SSD)가 내장된 연속데이터보호(CDP) 서버와, 표준 프로토콜을 통해 상기 연속데이터보호 서버와 네트워크로 연결되는 객체보호대상 서버로 이루어지되, 상기 연속데이터보호 서버는 상기 SSD를 스카시(SCSI) 명령어를 사용할 수 있는 스카시 장치로 인식시키는 스카시 드라이버(SCSI Driver)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 연속데이터보호 서버는 로컬 디스크(Local disk)를 포함하는 것을 특징으로 하고, 상기 연속데이터보호 서버는, 상기 객체보호대상 서버에서 실시간 백업용 데이터가 전송되면, 상기 백업용 데이터를 상기 플래시 SSD에 저장한 후에 상기 로컬 디스크에 저장하는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 SSD에 저장된 데이터는 미러링(Mirroring) 및 저널링(Journaling)이 완료된 후에 로컬 디스크로 데이터를 저장하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 SSD는, 플래시 메모리 어레이를 디스크 드라이브화 하도록 하고, 호스트와의 통신용 인터페이스 플래시 메모리를 제어하는 플래시 컨트롤러가 내장되는 SSD 컨트롤러와, 사용자의 데이터 읽기 및 쓰기 요청을 플래시 메모리의 기본 동작에 맞게 변환하여 처리하고, 사용자의 운영 체제와 플래시 SSD 사이의 데이터 단위 차이를 조정하는 플래시 변환 계층, 하드웨어를 제어하기 위해 해당 디바이스를 제어하는 함수 집합으로 형성되어 데이터를 전달하는 블록 디바이스 드라이버와, 시스템에 준비된 함수나 프로그램 자체적으로 선언된 함수를 이용해 특정 기능을 수행하도록 구현하는 응용 프로그램과, 하드웨어를 제어하는 디바이스 드라이버 함수와 연결되어 상기 응용 프로그램이 상기 블록 디바이스 드라이버에 접근하도록 하는 파일 시스템으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 발명에 따른 고체 상태 드라이브(SSD)를 이용한 연속 데이터 보호 시스템에 따르면, PCIe(Peripheral Component Interconnect express) 타입의 고속 SSD를 저장-캐시로 사용할 수 있도록 스카시(SCSI) 드라이버를 이용하여 소프트웨어적으로 스카시 장치로 에뮬레이터 함으로써 데이터 및 명령어의 입출력하는 양과 속도가 기존에 비해 월등히 향상될 수 있고, CDP의 미러링 및 저널링 속도를 향상시킬 수 있으며, 고성능 서버와 CDP의 성능 차이에서 발생하는 병목현상을 방지할 수 있는 효과도 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 고체 상태 드라이브(SSD)를 이용한 연속 데이터 보호 시스템의 전체 구성이 도시된 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연속데이터 보호 서버의 세부 구성이 도시된 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예가 적용되는 CDP 시스템의 구성이 도시된 블록도이다.
이하 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 고체 상태 드라이브(SSD)를 이용한 연속 데이터 보호 시스템은, 시스템 버스를 이용하여 접속되는 적어도 하나 이상의 고체 상태 드라이브(SSD)(110)가 내장된 연속데이터보호(CDP) 서버(100)와, 표준 프로토콜을 통해 상기 연속데이터보호 서버(100)와 네트워크로 연결되는 객체보호대상 서버(200)로 이루어지되, 상기 연속데이터보호 서버(100)는 상기 SSD(110)를 스카시(SCSI) 명령어를 사용할 수 있는 스카시 장치로 인식시키는 스카시 드라이버(SCSI Dirver)(131)를 포함하지만 이에 한정되지는 않는다.
이때, 상기 연속데이터보호 서버(100)와 객체대상보호 서버(200)는 컴퓨팅 시스템으로 구현될 수 있는 모든 대상을 의미한다.
상기 객체보호 대상 서버(200)는 윈도우즈(Windows), 리눅스(Linux), 유닉스(Unix) 서버 될 수 있고, 상기 연속데이터 보호 서버(100)와 iSCSI 또는 파이버 채널(Fiber Channel, FC)을 통해 네트워크와 연결되어 있다. 여기서, iSCSI(Internet Small Computer System Interface)는 SCSI 명령을 TCP/IP 패킷으로 캡슐화하고, I/O 블록 데이터가 IP 네트워크를 통해 전달될 수 있게 해주는 표준 프로토콜이다.
상기 연속데이터보호 서버(100)는 플래시 타입의 SSD(110)와, 로컬 디스크(Local disk)(120)를 포함하고, 상기 객체보호대상 서버(200)에서 실시간 백업용 데이터가 전송되면 상기 백업용 데이터를 상기 SSD(110)에 저장한 후에 상기 로컬 디스크(120)에 저장하게 된다.
이때, 상기 SSD(110)에 저장된 데이터는 미러링(Mirroring) 및 저널링(Journaling)이 완료된 후에 로컬 디스크(120)에 저장된다. 여기서, 상기 저널링은 복구 포인트를 선정하여 특정 시점으로 복구 기능을 제공하는 것이고, 미러링(복제)은 원본 서버와 타깃 서버 간에 데이터를 동기화하는 상태를 유지하는 것이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 연속데이터보호 서버(100)는 일반적인 컴퓨터 시스템 계층과 같이 스카시 드라이버(131), 디바이스 드라이버(132), 파일 시스템(133), 응용 프로그램(134)으로 이루어져 있고, 상기 스카시 드라이버(131)를 통해 SSD(110)를 블록 디바이스가 아닌 스카시 장치로 인식할 수 있다.
또한, 상기 SSD(110)는, SSD 컨트롤러(111), 플래시 변환 계층(112), 블록 디바이스 드라이버(113), 파일 시스템(114), 응용 프로그램(115)으로 구성된다. 여기서, 상기 SSD 컨트롤러(111)는 내부에 FTL 소프트웨어 프로그램이 존재하여 플래시 메모리 어레이를 디스크 드라이브화 하도록 하고, 호스트와의 통신용 인터페이스 플래시 메모리 칩들을 제어하는 플래시 컨트롤러가 내장된다.
그리고, 상기 플래시 변환 계층(112)은 플래시 메모리의 동작 특성을 숨기고 일반적인 파일 시스템의 인터페이스를 제공하며, 사용자의 데이터 읽기 및 쓰기 요청을 플래시 메모리의 기본 동작에 맞게 변환하여 처리하고, 사용자의 운영 체제와 플래시 타입의 SSD(110) 사이의 데이터 단위 차이를 조정하는 역할을 수행한다.
또한, 상기 플래시 변환 계층(112)은 상기 SSD(110)를 사용하는 외부 호스트로부터 전달된 파일 시스템 명령을 플래시 메모리 특성에 맞게 변환시켜주는 기능도 수행한다.
또한, 상기 블록 디바이스 드라이버(113)는 하드웨어를 제어하기 위해 해당 디바이스를 제어하는 함수 집합으로 형성되고, 블록 디바이스 드라이버(113)가 파일 시스템(114)을 지원하는 구조이므로 응용프로그램(115)이 파일 시스템(114)을 통해 블록 디바이스 드라이브(113)에 접근하게 된다.
여기서, 상기 응용 프로그램(115)은 시스템에 준비된 함수나 프로그램 자체적으로 선언된 함수를 이용해 특정 기능을 수행하도록 구현하며, 상기 파일 시스템(114)은 하드웨어를 제어하는 디바이스 드라이버 함수와 연결되어 상기 응용 프로그램이 상기 블록 디바이스 드라이버(113)에 접근하도록 한다.
이때, 상기 SSD(110)는 하나 또는 그 이상의 SSD 컨트롤러(111)를 포함하고, 미러링 및 저널링의 속도를 향상시키기 위하여 쓰기-캐시(WriteCache)로 저장-캐시(SafeCache)를 사용하므로 속도가 빠른 SSD(110)는 쓰기-캐시 전용으로 사용한다.
도 3에 도시된 바와 같이 일반적인 CDP 시스템은, RAID(Redundant Array of Inexpensive Disks) 컨트롤러(171)와 연결된 HDD(140)를 이용해 각각의 RAID 레벨을 구현하는데, 데이터 버스는 SCSI방식을 주로 사용한다.
CDP 시스템에서 메모리 컨트롤러 허브(160)는 CPU(150), 시스템 메인 메모리, 및 비디오 어댑터와 같은 고속의 장치들이 연결되고, 입출력 컨트롤러 허브(170)는 HDD(140) 및 SDD(110), 프린터, USB, LAN과 같이 비교적 저속의 장치들이 연결된다.
따라서, 상기 CPU(140)는 메모리 컨트롤러 허브(160)를 통해 입출력 컨트롤러 허브(170)에 접근하여 HDD(140), SDD(110), 및 메인 메모리간에 데이터를 주고받을 수 있도록 한다.
이때, 상기 RAID 컨트롤러(171)는 물리적 디스크 드라이브를 관리하고, 추가적인 디스크 캐시를 제공한다. 플래시 타입의 SSD(110)를 쓰기 캐시로 활용하여 객체보호대상 서버(200)에 전송되는 데이터를 속도가 빠른 SSD(110)에 저장하고 하드 디스크 성능과 객체보호대상 서버(200)의 성능 사이에 발생하는 병목 현상을 최소화한다. 즉, 일반적인 CDP 시스템의 구성에 SSD(110)가 스카시 장치로 추가되어 SSD(110)를 스카시 명령어로 제어할 수 있다.
한편, 상기 SSD(110)는 플래시 메모리, 나노 랜덤 액세스 메모리(나노 RAM 또는 NRAM), 자기저항 RAM(magneto-resistive RAM, MRAM), 다이내믹 RAM(dynamic RAM, DRAM), 상 변경 RAM(phase change RAM, PRAM), 레이스트랙 메모리(Racetrack memory), 멤리스터 메모리(Memristor memory) 등과 같은 비휘발성 고체 상태 저장매체를 포함할 수 있다.
또한, 상기 SSD(110)는 PCIe 버스 등과 같은 시스템 버스를 이용하여 CPU(140)에 접속되는데, 외부 전기적 또는 광학적 버스 확장자를 이용하거나 인피니밴드(Infiniband) 또는 PCI 익스프레스 고급 교환(PCI Express Advanced Switching, PCIe-AS) 등과 같은 버스 네트워킹 솔루션을 이용하는 주변 장치 상호접속(PCI) 익스프레스 버스를 이용하여 CPU(140)에 접속될 수도 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 고체 상태 드라이브(SSD)를 이용한 연속 데이터 보호 시스템의 동작에 대해 도면을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
본 발명의 실시예에 따른 고체 상태 드라이브(SSD)를 이용한 연속 데이터 보호 시스템은 객체보호대상 서버(200)와 CDP 서버(100) 간의 속도 차이를 고려하여 CDP 서버(100 내의 PCIe 타입의 SSD(110)를 저장-캐시 전용으로 사용하여 객체보호대상 서버(200)에서 실시간 전송되는 백업 데이터를 임시로 저장하였다가 CDP 시스템의 로컬 디스크(120)로 데이터를 전송하여 저장-캐시의 가용성 및 효율성을 극대화한다.
이때, 상기 SSD(110)를 저장-캐시로 사용하기 위해 스카시 드라이버(131)를 이용하여 상기 SSD(110)를 스카시 장치로 인식할 수 있도록 소프트웨어적으로 구현한다.
따라서, 성능이 서로 다른 장치의 속도 차이로 인해 발생되는 병목현상을 해결하기 위해 데이터 미러링 및 저널링 시에는 모든 데이터 및 명령어를 저장-캐시로 사용하는 SSD(110)에 저장하고, 저장-캐시에 저장된 데이터는 미러링 및 저널링이 완료된 후에 로컬 디스크(120)로 데이터를 저장한다.
이때, 상기 저장-캐시는 버퍼 역할로 성능저하 없이 CDP 시스템의 모든 데이터를 저장하게 된다.
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명은 고체 상태 드라이브(SSD)를 이용한 연속 데이터 보호 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 스카시(SCSI) 드라이버를 이용하여 SSD를 스카시 장치로 에뮬레이터 하여 저장-캐시로 사용함으로써 CDP의 미러링 및 저널링 속도를 향상시킬 수 있으며, 고성능 서버와 CDP의 성능 차이에서 발생하는 병목현상을 방지할 수 있는 고체 상태 드라이브(SSD)를 이용한 연속 데이터 보호 시스템에 관한 것이다.
100 : 연속데이터보호 서버 110 : SSD
120 : 로컬 디스크 131 : 스카시 드라이버
140 : HDD 150 : CPU
160 : 메모리 컨트롤러 허브 170 : 입출력 컨트롤러 허브

Claims (5)

  1. 시스템 버스를 이용하여 접속되는 적어도 하나 이상의 고체 상태 드라이브(SSD)가 내장된 연속데이터보호(CDP) 서버와, 표준 프로토콜을 통해 상기 연속데이터보호 서버와 네트워크로 연결되는 객체보호대상 서버로 이루어지되,
    상기 연속데이터보호 서버는 상기 SSD를 스카시(SCSI) 명령어를 사용할 수 있는 스카시 장치로 인식시키는 스카시 드라이버(SCSI Driver)를 포함하는 고체 상태 드라이브(SSD)를 이용한 연속 데이터 보호 시스템에 있어서,
    상기 SSD는, 플래시 메모리 어레이를 디스크 드라이브화 하도록 하고, 호스트와의 통신용 인터페이스 플래시 메모리를 제어하는 플래시 컨트롤러가 내장되는 SSD 컨트롤러와,
    사용자의 데이터 읽기 및 쓰기 요청을 플래시 메모리의 기본 동작에 맞게 변환하여 처리하고, 사용자의 운영 체제와 플래시 SSD 사이의 데이터 단위 차이를 조정하는 플래시 변환 계층부와,
    하드웨어를 제어하기 위해 해당 디바이스를 제어하는 함수 집합으로 형성되어 데이터를 전달하는 블록 디바이스 드라이버와,
    시스템에 준비된 함수나 프로그램 자체적으로 선언된 함수를 이용해 특정 기능을 수행하도록 구현하는 응용 프로그램과,
    하드웨어를 제어하는 디바이스 드라이버 함수와 연결되어 상기 응용 프로그램이 상기 블록 디바이스 드라이버에 접근하도록 하는 파일 시스템으로 구성되는 것을 특징으로 하는 고체 상태 드라이브(SSD)를 이용한 연속 데이터 보호 시스템
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 연속데이터보호 서버는, 상기 객체보호대상 서버에서 실시간 백업용 데이터가 전송되면, 상기 백업용 데이터를 플래시 SSD에 저장한 후에 로컬 디스크에 저장하는 것을 특징으로 하는 고체 상태 드라이브(SSD)를 이용한 연속 데이터 보호 시스템
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 SSD에 저장된 데이터는 미러링(Mirroring) 및 저널링(Journaling)이 완료된 후에 로컬 디스크로 데이터를 저장하는 것을 특징으로 하는 고체 상태 드라이브(SSD)를 이용한 연속 데이터 보호 시스템
  4. 삭제
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