KR102546741B1 - 파일 시스템 기반의 블록 할당 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시 예에 의한 파일 시스템 기반의 블록 할당 장치는 어플리케이션의 요청에 따라 저장소의 블록들에 대해서 파일의 읽기 및 쓰기 동작을 수행하는 파일 시스템, 저장소의 블록들 중에서 적어도 하나 이상을 초기화하여 초기화 블록을 생성하고, 초기화 블록에 대한 초기화 정보를 생성하는 초기화 관리부 및 상기 초기화 정보가 저장되는 풀;을 구비한다. 초기화 관리부는 저장소 내에서 초기화 블록의 개수를 미리 설정된 임계치 이상으로 유지한다.

Description

파일 시스템 기반의 블록 할당 장치 및 방법{File System-based Block Allocation Apparatus and Method}
본 발명은 파일 시스템 기반의 블록 할당 장치 및 방법에 관한 것으로, 블록 할당 시간을 단축시킬 수 있는 발명에 관한 것이다.
파일 시스템에서 데이터들은 블록(Block)이라는 단위로 관리된다. 파일 시스템에서 파일들은 블록을 할당받아 사용하며, 만약 현재 할당된 블록만으로 쓰기 동작이 불가능하면 새로운 블록 할당을 수행한다.
또한, 파일을 삭제하는 과정은 모든 데이터 블록의 정보들을 영구히 삭제하는 것이 아니라, 파일의 메타데이터와 데이터의 링크만을 해제할 뿐이다. 링크가 해제되어 있기 때문에 일반적으로는 해당 블록에 접근이 불가능하지만, 해당 블록이 다른 파일에 새로 할당되면 할당된 파일을 통해서 링크가 해제된 블록에 접근이 가능하다.
따라서, 파일 시스템은 삭제된 데이터의 정보가 누출되는 것을 방지하기 위해서, 블록 할당 과정에서 할당되는 블록을 "0"으로 초기화하는 과정을 선행한다. 이와 같이 블록 할당 과정에서 블록을 초기화하는 데에 소요되는 시간으로 인해서 파일의 입출력(I/O) 작업 시간은 지연된다.
본 발명은 블록의 데이터 누출을 방지하면서, 블록 할당 시간을 줄일 수 있는 파일 시스템 기반의 블록 할당 방법 및 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 실시 예에 의한 파일 시스템 기반의 블록 할당 장치는 어플리케이션의 요청에 따라 저장소의 블록들에 대해서 파일의 읽기 및 쓰기 동작을 수행하는 파일 시스템, 저장소의 블록들 중에서 적어도 하나 이상을 초기화하여 초기화 블록을 생성하고, 초기화 블록에 대한 초기화 정보를 생성하는 초기화 관리부 및 상기 초기화 정보가 저장되는 풀;을 구비한다. 초기화 관리부는 저장소 내에서 초기화 블록의 개수를 미리 설정된 임계치 이상으로 유지한다.
본 발명에 의하면, 어플리케이션의 요청 이전에 블록을 초기화함으로써 링크가 해제된 블록의 데이터가 누출되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명에 의하면, 어플리케이션의 요청에 상관없이 미리 초기화 블록을 생성하기 때문에, 블록 할당 시점에 쓰기 동작이 수행되는 시간을 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 의한 블록 할당 장치를 나타내는 도면이다
도 2는 본 발명의 실시 예에 블록의 초기화 방법을 나타내는 순서도이다.
도 3은 초기화 관리부가 저장소의 블록을 초기화하는 실시 예를 설명하는 도면이다.
도 4는 어플리케이션의 쓰기 요청에 응답하여 블록을 할당하는 방법을 나타내는 순서도이다.
본 명세 서의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 명세서는 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 명세서의 개시가 완전하도록 하며, 본 명세서가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 명세서는 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 명세서의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하고, 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시할 수도 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 의한 블록 할당 장치를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 의한 파일 시스템 기반의 블록 할당 장치는 파일 시스템(200), 초기화 관리부(210), 초기화 풀(310) 및 저장소(400)를 포함한다.
파일 시스템(200)은 사용자의 어플리케이션의 요청에 따라 파일의 쓰기 및 읽기를 수행하고, 파일을 블록(Block) 단위로 관리한다. 다수의 블록은 블록 그룹(BG)을 형성하고, 파일은 블록 그룹 단위로 관리될 수 있다. 파일은 저장소(400)와 같은 물리적인 저장 매체에 저장되는 데이터 집합을 지칭하며, 데이터 정보에 대한 논리적인 저장 단위에 해당한다. 블록의 크기는 1KB, 4KB, 64KB 등으로 설정될 수 있으며, 이에 한정되지 않는다. 또한, 파일 시스템(200)은 초기화 관리부(210)를 깨워서, 초기화 관리부(210)가 초기화 블록을 생성하도록 한다.
초기화 관리부(210)는 저장소(400)의 블록들 중에서 적어도 하나 이상을 초기화하여 초기화 블록을 생성하고, 초기화 블록에 대한 초기화 정보를 생성한다. 초기화 관리부(210)는 일정 시간마다 초기화 블록의 개수를 카운팅하고, 초기화 블록의 개수가 일정 수준 이상을 유지하도록 한다.
초기화 풀(310)은 초기화 관리부(210)가 생성한 초기화 블록에 대한 초기화 정보를 저장한다. 초기화 정보는 초기화 블록의 물리적 위치 및 초기화 블록의 크기에 대한 정보를 포함할 수 있다. 초기화 풀(310)은 프로그램을 처리하기 위한 주기억장치(300)에 해당하는 램(RAM, Random Access Memory)에 위치할 수 있다.
저장소(400)는 대용량의 정보를 저장하는 공간으로 하드 디스크(hard disk drive) 또는 플래시 메모리(flash memory)에 해당할 수 있다. 플래시 메모리는 낸드 플래시(NAND flash)가 이용될 수 있다.
이하, 본 발명의 실시 예에 의한 파일 시스템 기반의 블록 할당 방법을 살펴보면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 블록의 초기화 방법을 나타내는 순서도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 의한 블록의 초기화 방법은 제1 단계(S210)에서, 초기화 관리부(210)가 초기화 블록 생성한다.
본 발명의 실시 예에 의한 초기화 관리부(210)는 어플리케이션에 의한 쓰기 요청에 상관없이, 미리 저장소(400)의 블록들을 초기화하여 초기화 블록을 생성한다. 본 발명의 실시 예에서 블록들을 초기화하는 것은 삭제된 데이터의 정보가 누출되는 것을 방지하기 위해서, 해당 블록에 "0"을 덮어씌우는 것을 지칭한다.
파일 시스템(200)은 초기화 관리부(210)가 초기화 동작을 수행하도록, 초기화 관리부(210)를 깨울 수 있다.
제2 단계(S220)에서, 초기화 관리부(210)는 일정 시간마다 초기화 블록 개수 카운팅한다. 초기화 관리부(210)는 어플리케이션의 요청에 상관없이, 초기화 블록 개수를 카운팅할 수 있다.
제3 단계(S230)에서, 초기화 관리부(210)는 초기화 블록 개수가 미리 설정된 임계치 이상인지를 확인한다. 임계치는 임의의 어플리케이션의 쓰기 요청에 응답하여, 쓰기 동작이 원활하게 수행될 수 있는 블록의 개수를 기준으로 설정될 수 있다.
제3 단계(S230)에서, 초기화 블록 개수가 임계치 이상인 상태는 추후에 쓰기 요청에 원활히 응답할 수 있는 상태이기 때문에, 블록의 초기화를 더 이상 진행하지 않을 수 있다.
제4 단계(S240)에서, 초기화 블록의 개수가 임계치 미만인 것에 기초하여, 초기화 관리부(210)는 일정 기간 내에 입출력 횟수가 임계횟수 이상인지를 확인한다. 일정 기간은 임의의 시점부터 초기화 블록의 개수를 카운팅한 시점까지를 지칭한다. 즉, 초기화 관리부(210)는 최근의 일정 기간에서 입출력 횟수를 확인한다. 일정 기간에 입출력 횟수가 많은 상태에서는 초기화 관리부(210)가 초기화 블록을 생성하기에 과부하를 유도할 수 있다. 따라서, 일정 기간에서 입출력 횟수가 많은 경우, 초기화 블록의 개수가 임계치 미만일지라도 초기화 관리부(210)는 초기화 블록을 생성하지 않을 수 있다.
제5 단계(S250)에서, 일정 기간 내에 입출력 횟수가 임계횟수 미만인 것에 기초하여, 초기화 관리부(210)는 초기화 블록 생성할 수 있다.
전술한 제4 단계(S240)는 설명한 바와 같이, 초기화 관리부(210)의 연산 자원을 고려한 절차이다. 실시 예에 따라서, 제4 단계(S240)는 생략될 수 있고, 초기화 관리부(210)는 초기화 블록의 개수가 임계치에 도달하지 않을 경우 무조건 초기화 블록을 생성할 수도 있다.
살펴본 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 의한 초기화 관리부(210)는 저장소(400)내의 초기화 블록의 개수를 지속적으로 일정하게 유지할 수 있다.
도 3은 초기화 관리부가 저장소의 블록을 초기화하는 실시 예를 설명하는 도면이다.
도 3을 참조하면, 저장소(400)는 하드 디스크 또는 플래시 메모리로 구현될 수 있고, 초기화 관리부(210)는 저장소(400)의 일부 영역들을 초기화 할 수 있다. 하드 디스크는 동심원 형태의 복수 개의 트랙으로 구분될 수 있고, 트랙은 복수 개의 섹터로 구분될 수 있다. 초기화 관리부(210)는 각각의 섹터를 블록으로 간주할 수 있다.
본 발명의 실시 예에서, 초기화 관리부(210)는 복수 개의 블록을 초기화하는 과정에서, 초기화 블록이 모든 영역에 걸쳐서 넓게 위치하도록 설정하는 것이 바람직하다 초기화 블록이 넓게 위치하도록 배치되기 위해서, 우선적으로 초기화 블록이 서로 인접하지 않게 블록들을 초기화할 수 있다. 즉, 초기화 관리부(210)는 초기화 블록이 서로 인접하지 않도록 블록들을 초기화하여, 초기화 블록이 저장소(400)의 전 영역에 걸쳐서 고르게 위치하도록 할 수 있다. 우선적으로 서로 인접하지 않은 블록을 초기화 한 이후에도 추가적으로 블록을 초기화할 필요가 있다면, 서로 인접한 블록이 초기화될 수도 있다.
또한 넓은 영역에 걸쳐서 블록을 초기화하기 위해서, 초기화 관리부(210)는 초기화 블록이 없는 블록 그룹(BG)을 선택하여, 해당 블록 그룹(BG)에 속한 블록들을 우선적으로 초기화할 수 있다.
초기화 블록이 저장소(400) 내에서 고르게 배치됨으로써, 추후 쓰기 요청이 있을 경우, 블록을 할당하는 과정에서 최적의 초기화 블록을 선택할 수 있는 가능성이 높아진다. 블록 할당 과정에서 최적의 초기화 블록을 선택하는 과정은 블록의 크기 및 물리적 위치에 따른 접근성이 고려될 수 있다.
도 4는 어플리케이션의 쓰기 요청에 응답하여 블록을 할당하는 방법을 나타내는 순서도이다.
도 4를 참조하면, 쓰기 요청에 응답하여 블록을 할당하는 방법은 제1 단계(S410) 및 제2 단계(S420)에서, 어플리케이션의 쓰기 요청에 응답하여, 파일 시스템(200)은 새로운 블록 할당이 필요한지 판단한다.
제3 단계(S430)에서, 새로운 블록 할당이 필요한 것에 기초하여, 파일 시스템(200)은 초기화 풀(310)을 검색한다. 즉, 파일 시스템(200)은 초기화 풀(310)을 검색하여, 저장소(400)에 초기화 블록이 있는지 여부를 확인한다.
제4 단계(S440)에서, 초기화 풀(310)의 초기화 정보를 바탕으로 저장소(400)에 초기화 블록이 있는 경우, 파일 시스템(200)은 초기화 풀(310)에서 초기화 정보를 획득한다. 즉, 파일 시스템(200)은 초기화 정보에 기초하여, 저장소(400)에 존재하는 초기화 블록의 크기 및 위치에 대한 정보를 획득할 수 있다.
제5 단계(S450)에서, 파일 시스템(200)은 획득한 초기화 정보에 대응하는 초기화 블록에 어플리케이션에서 요청하는 쓰기 동작을 수행할 수 있다.
살펴본 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 블록 할당 방법은 미리 초기화 블록을 일정 수준 이상으로 생성하고, 미리 생성된 초기화 블록을 검색하여 해당 초기화 블록에 쓰기 동작을 수행한다. 이에 따라, 블록을 할당하는 과정에서 블록을 초기화할 필요가 없기 때문에, 블록 할당의 시간을 단축할 수 있다.
본 발명의 실시 예의 효과를 테스트하기 위해서, 리눅스 운영체제에서 사용되는 파일 시스템인 ext4 를 메모리에 포맷하여 DAX 모드로 마운트 한 상태에서 시뮬레이션을 진행하였다. 한 블록의 크기를 4KB로 설정하고, 한 블록만큼씩 파일의 뒤에 덧붙여 쓰도록 하여 쓰기 시도를 할 때마다 블록 할당이 필요한 조건을 설정하였다. 하나의 파일에 대하여 총 20GB 만큼 쓰기를 수행한 결과, 종래의 방법에서 50.91초가 소요된 블록 할당 시간이, 본 발명의 실시 예에서와 같이 미리 초기화를 진행한 경우에는 30.39초가 소요되어 약 40%의 시간이 단축되는 것을 확인하였다.
본 발명에 따른 실시예는 다양한 수단, 예를 들어, 하드웨어, 펌웨어(firmware), 소프트웨어 또는 그것들의 결합 등에 의해 구현될 수 있다. 하드웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 일 실시예는 하나 또는 그 이상의 ASICs(application specific integrated circuits), DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays), 프로세서, 콘트롤러, 마이크로 콘트롤러, 마이크로 프로세서 등에 의해 구현될 수 있다.
또한, 펌웨어나 소프트웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 일 실시예는 이상에서 설명된 기능 또는 동작들을 수행하는 모듈, 절차, 함수 등의 형태로 구현되어, 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 판독 가능한 기록매체에 기록될 수 있다. 여기서, 기록매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 기록매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 예컨대 기록매체는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(Magnetic Media), CD-ROM(Compact Disk Read Only Memory), DVD(Digital Video Disk)와 같은 광 기록 매체(Optical Media), 플롭티컬 디스크(Floptical Disk)와 같은 자기-광 매체(Magneto-Optical Media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치를 포함한다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함할 수 있다. 이러한 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 명세서의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 명세서의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.

Claims (11)

  1. 어플리케이션의 요청에 따라 저장소의 블록들에 대해서 파일의 읽기 및 쓰기 동작을 수행하는 파일 시스템;
    상기 저장소의 블록들 중에서 적어도 하나 이상을 초기화하여 초기화 블록을 생성하고, 상기 초기화 블록에 대한 초기화 정보를 생성하는 초기화 관리부; 및
    상기 초기화 정보가 저장되는 초기화 풀;을 구비하고,
    상기 초기화 관리부는
    상기 저장소 내에서 상기 초기화 블록의 개수를 미리 설정된 임계치 이상으로 유지하고,
    상기 초기화 블록의 개수가 상기 임계치 미만인 것에 기초하여, 미리 설정된 일정 기간 내에 상기 파일 시스템의 입출력 횟수를 확인하고,
    상기 일정 기간 내에 상기 입출력 횟수가 미리 설정된 임계횟수 미만일 경우, 상기 저장소의 블록들을 초기화하는 것을 특징으로 하는 파일 시스템 기반의 블록 할당 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 초기화 관리부는 상기 블록들에 "0"의 값을 덮어씌움으로써 상기 초기화 블록을 생성하는 것을 특징으로 하는 파일 시스템 기반의 블록 할당 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 초기화 관리부는
    상기 어플리케이션의 쓰기 요청에 상관없이, 일정 시간 단위로 상기 초기화 블록의 개수를 확인하는 것을 특징으로 하는 파일 시스템 기반의 블록 할당 장치.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 파일 시스템은
    상기 입출력 횟수에 비례하여 상기 초기화 블록의 개수를 줄이는 것을 특징으로 하는 파일 시스템 기반의 블록 할당 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 초기화 관리부는
    상기 파일 시스템이 관리하는 저장소의 모든 블록들 중에서 연속적이지 않은 블록들을 우선적으로 선택하여 초기화하는 것을 특징으로 하는 파일 시스템 기반의 블록 할당 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 파일 시스템은
    쓰기 요청에 응답하여, 상기 초기화 풀을 검색하여 상기 저장소에 초기화 블록이 있는지 여부를 확인하고, 검색된 초기화 블록에 쓰기 동작을 수행하는 것을 특징으로 하는 파일 시스템 기반의 블록 할당 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 파일 시스템은
    상기 초기화 풀을 검색한 것에 기초하여 상기 저장소에 초기화 블록이 없는 것을 확인한 경우, 상기 저장소의 블록을 초기화하는 것을 특징으로 하는 파일 시스템 기반의 블록 할당 장치.
  9. 초기화 관리부가 저장소의 블록을 초기화하여 초기화 블록을 생성하는 단계;
    상기 초기화 관리부가 상기 초기화 블록의 개수를 카운팅하는 단계;
    상기 초기화 블록의 개수가 미리 설정된 임계치 미만인 것에 기초하여, 미리 설정된 일정 기간 내에 상기 파일 시스템의 입출력 횟수를 확인하는 단계;
    상기 일정 기간 내에 상기 입출력 횟수가 미리 설정된 임계횟수 미만일 경우, 상기 초기화 관리부가 상기 초기화 블록의 개수가 상기 임계치 이상이 되도록 상기 저장소의 블록들을 초기화하는 단계;
    상기 초기화 블록의 개수가 상기 임계치 미만인 것에 기초하여, 미리 설정된 일정 기간 내에 상기 파일 시스템의 입출력 횟수를 확인하는 단계;
    상기 일정 기간 내에 상기 입출력 횟수가 미리 설정된 임계횟수 미만일 경우, 상기 저장소의 블록들을 초기화하는 단계;
    를 포함하는 파일 시스템 기반의 블록 할당 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 초기화 블록의 개수를 카운팅하는 단계는, 일정 시간 단위로 수행되는 것을 특징으로 하는 파일 시스템 기반의 블록 할당 방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    쓰기 요청에 응답하여, 파일 시스템이 상기 초기화 풀을 검색하여 상기 저장소에 초기화 블록이 있는지 여부를 확인하고, 검색된 초기화 블록에 쓰기 동작을 수행하는 단계를 더 포함하는 파일 시스템 기반의 블록 할당 방법.
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