KR20170048225A - 초고속 반도체 저장장치를 활용한 클러스터링 기반 분산 파일 시스템 - Google Patents

초고속 반도체 저장장치를 활용한 클러스터링 기반 분산 파일 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 데이터 처리 속도나 양에 따라 저장 장치를 구분하여 구성함으로써, 스토리지 비용을 최소화 하며 성능을 향상시킬 수 있는 초고속 반도체 저장장치를 활용한 클러스터링 기반 분산 파일 시스템에 관한 것이다.
일례로, 메타데이터를 저장하는 메타데이터 서버; 상기 메타데이터 서버와 통신하여 메타데이터 연산을 수행하는 분산 파일 시스템 클라이언트; 및 상기 분산 파일 시스템 클라이언트가 요청하는 입출력을 처리하며 데이터를 저장하는 데이터 서버;를 포함하고, 상기 메타데이터 서버는 초고속 반도체 디스크와 DRAM을 캐시로 사용하는 Flash SSD(Solid State Drive)로 구성된 것을 특징으로 하는 초고속 반도체 저장장치를 활용한 클러스터링 기반 분산 파일 시스템을 개시한다.

Description

초고속 반도체 저장장치를 활용한 클러스터링 기반 분산 파일 시스템{Clustering Based Distributed File System Using Super High Speed Semiconductor Storage Device}
본 발명은 초고속 반도체 저장장치를 활용한 클러스터링 기반 분산 파일 시스템에 관한 것이다.
정보화 사회가 고도화되면서 점차적으로 정보의 양이 많아지고, 보다 빠른 정보의 처리 속도를 요구하고 있다. 현재 가장 많이 사용되는 저장 소자인 HDD(Hard Disk Drive)는 기계적으로 동작하므로 정보 처리 속도가 느리고, 정보의 입출력이 빈번할 경우 수명이 짧다는 단점이 있다.
기존의 하드 디스크 드라이브(Hard Disk Drive, HDD)를 사용하는 스토리지(Storage)는 HDD의 입출력 성능의 한계로 인해 현재 정보화 사회에서 요구하는 데이터 처리를 실행하는데 어려움이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 여러 대의 스토리지를 네트워크로 공유하여 연결하고, 이를 호스트 컴퓨터에서 접근할 수 있도록 하는 분산 파일 시스템이 개발되었다.
그러나, 종래의 분산 파일 시스템 역시 약간의 성능 개선을 가져오기는 하지만 여전히 HDD의 입출력 성능의 한계로 인해 데이터 처리가 제한적일 수 밖에 없다.
본 발명은 데이터 처리 속도나 양에 따라 저장 장치를 구분하여 구성함으로써, 스토리지 비용을 최소화 하며 성능을 향상시킬 수 있는 초고속 반도체 저장장치를 활용한 클러스터링 기반 분산 파일 시스템을 제공한다.
본 발명에 의한 초고속 반도체 저장장치를 활용한 클러스터링 기반 분산 파일 시스템은 메타데이터를 저장하는 메타데이터 서버; 상기 메타데이터 서버와 통신하여 메타데이터 연산을 수행하는 분산 파일 시스템 클라이언트; 및 상기 분산 파일 시스템 클라이언트가 요청하는 입출력을 처리하며 데이터를 저장하는 데이터 서버;를 포함하고, 상기 메타데이터 서버는 초고속 반도체 디스크와 DRAM을 캐시로 사용하는 Flash SSD(Solid State Drive)로 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 초고속 반도체 디스크는 PCI-e(Peripheral Component Interconnect-Express) 또는 QPI(Quick Path Interconnect)등의 초고속 인터페이스를 사용할 수 있다.
상기 분산 파일 시스템 클라이언트는 오토 티어링을 구현한 하이브리드 저장 시스템일 수 있다.
상기 부산 파일 시스템 클라이언트는 초고속 반도체 디스크와, DRAM을 캐시로 사용하는 Flash SSD(Solid State Drive), Flash SSD(Solid State Drive) 및 HDD(Hard Disk Drive)로 구성될 수 있다.
상기 데이터 서버는 저속저장장치로 구성될 수 있다.
상기 저속저장장치는 Flash SSD (Solid State Drive) 및 HDD(Hard Disk Drive)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 분산 파일 시스템은 데이터의 입출력이 빈번하게 이루어지는 메타데이터 서버에는 초고속 반도체 디스크와 DRAM을 캐시로 사용하여 성능을 높인 Flash SSD를 사용하고, 분산 파일 시스템 클라이언트에는 초고속 반도체 디스크와 DRAM을 캐시로 사용하여 성능을 높인 Flash SSD, Flash SSD 및 HDD를 사용하고, 데이터 저장공간이 많이 필요한 데이터 서버에는 Flash SSD 및 HDD를 사용함으로써, 스토리지 비용을 최소화 하며 서버를 효율적으로 사용할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 분산 파일 시스템은 하이브리드 기술을 통해 입출력 성능을 보장할 수 있으며, 효율적인 오류 관리를 통해 고 가용성을 보장할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초고속 반도체 저장장치를 활용한 클러스터링 기반 분산 파일 시스템을 도시한 블럭도이다.
도 2는 본 발명에 따른 초고속 반도체 저장장치를 활용한 클러스터링 기반 분산 파일 시스템이 서버로 구성된 것을 도시한 개념도이다.
도 3은 본 발명에 따른 초고속 반도체 저장장치를 활용한 클러스터링 기반 분산 파일 시스템이 임베디드로 구성된 것을 도시한 개념도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 초고속 반도체 저장장치를 활용한 클러스터링 기반 분산 파일 시스템에서 메타데이터를 저장하기 위한 가변 블록 저장 구조를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 초고속 반도체 저장장치를 활용한 클러스터링 기반 분산 파일 시스템을 적용한 이종 저장 장치 융합 기술을 나타낸 블록도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
또한, 이하의 도면은 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및 /또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
본 명세서에서 사용된 "제1부재와 제2부재가 연결된다"라는 표현은 제1부재와 제2부재가 직접 연결되는 것을 의미할 뿐만 아니라, 제1부재와 제2부재의 사이에 제3부재가 개재된 채로 제1부재와 제2부재가 간접적으로 연결되는 것까지 의미한다.
다르게 정의되지 않는 이상, 여기에 사용된 (기술적 및 과학적 용어들을 포함하는) 모든 용어는 당업자에 의해 보통 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 보통 사용되는 사전에서 정의되는 것들과 같은 용어들은 관련 기술 및 본 개시의 문맥에서의 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되고, 여기에 명확히 정의되지 않는 이상 이상화시키는 의미 또는 전체적으로 형식적인 의미로 해석되지 않음이 이해될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초고속 반도체 저장장치를 활용한 클러스터링 기반 분산 파일 시스템을 도시한 블럭도이다. 도 2는 본 발명에 따른 초고속 반도체 저장장치를 활용한 클러스터링 기반 분산 파일 시스템이 서버로 구성된 것을 도시한 개념도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 초고속 반도체 저장장치를 활용한 클러스터링 기반 분산 파일 시스템(100)은 메타데이터 서버(MDS: Meta Data Server)(110), 분산 파일 시스템 클라이언트(DFS client: Distribution File System Client)(120) 및 데이터 서버(DS: Data Server)(130)를 포함한다.
상기 메타데이터 서버(MDS)(110)는 분산 파일 시스템의 모든 파일에 대한 메타데이터를 저장하고 관리하며, 모든 데이터 서버에 대한 상태 정보를 관리한다. 예를 들어, 상기 메타데이터 서버(110)는 네임스페이스, 접근 제어 정보, 파일과 저장소의 사상 정보, 저장소의 위치 정보 같은 메타데이터를 저장하고 관리할 수 있다. 상기 메타데이터 서버(110)에는 상대적으로 크기가 작은 데이터가 저장된다. 또한, 상기 메타데이터 서버(110)에서는 이러한 데이터의 입출력이 빈번하게 이루어진다. 따라서, 상기 메타데이터 서버(110)는 초고속 반도체 디스크(111)와, DRAM을 캐시로 사용하여 성능을 높인 Flash SSD(Solid State Drive)(112)로 시스템이 구성된다. 여기서, 상기 초고속 반도체 디스크(111)는 PCI-e(Peripheral Component Interconnect-Express) 또는 QPI(Quick Path Interconnect) 등의 초고속 인터페이스를 사용하는 저장장치이다. 이처럼, 상기 메타데이터 서버(110)는 상대적으로 크기가 작은 데이터가 저장되고 데이터의 입출력이 빈번하게 이루어지므로, 입출력 속도가 빠른 초고속 반도체 디스크(111)와, DRAM을 캐시로 사용한 Flash SSD(Solid State Drive)(112)로 시스템을 구성함으로써, 메타데이터 서버(110)를 효율적으로 관리할 수 있다.
상기 분산 파일 시스템 클라이언트(DFS client)(120)는 상기 메타데이터 서버(110)와 통신하여 메타데이터 연산을 수행하고, 상기 데이터 서버(110)와 직접 통신하여 데이터 입출력을 수행한다. 예를 들어, 상기 분산 파일 시스템 클라이언트(120)는 분산 파일 시스템 응용으로부터 전달받은 파일의 이름과 정보를 메타데이터 서버(110)에 전달하여 메타데이터 서버(110)로부터 파일의 위치를 전달받고, 이를 데이터 서버(130)에 전달하여 데이터 서버(130)로부터 원하는 데이터를 받을 수 있다. 이는 분산 파일 시스템 클라이언트(120)를 이해하기 위한 일 예이며, 이러한 방식으로 본 발명이 한정되지는 않는다. 이러한 분산 파일 시스템 클라이언트(120)는 오토 티어링(Auto Tiering)을 구현한 하이브리드 저장 시스템으로 구성된다. 구체적으로, 상기 분산 파일 시스템 클라이언트(120)는 초고속 반도체 디스크(121)와, DRAM을 캐시로 사용하여 성능을 높인 Flash SSD(122), Flash SSD(123) 및 HDD(Hard Disk Drive)(124)로 시스템이 구성된다. 여기서, Flash SSD(123) 및 HDD(124)는 저속저장장치로 불리기도 한다. 또한, 상기 오토 티어링이란 데이터의 입출력 패턴을 분석하여 트랜잭션에 의해 데이터를 자동으로 분류하는 것을 말한다.
상기 데이터 서버(130)는 분산 파일 시스템 클라이언트(120)가 요청하는 입출력을 처리하며, 주기적으로 자신의 상태와 파일의 정보를 메타데이터 서버(110)에 전달한다. 상기 데이터 서버(130)는 파일들이 저장되는 공간으로, 가장 많은 데이터 저장공간이 필요하다. 따라서, 상기 데이터 서버(130)는 비록 상대적으로 입출력 속도가 낮지만 저비용으로 많은 데이터를 저장할 수 있도록 저속저장장치 만으로 시스템이 구성된다. 즉, 상기 데이터 서버(130)는 Flash SSD(131) 및 HDD(132)로 시스템이 구성된다. 이처럼, 상기 데이터 서버(130)는 상대적으로 많은 데이터가 저장되므로 상대적으로 입출력 속도가 낮은 Flash SSD(131) 및 HDD(132)를 사용함으로써, 데이터 서버(130)를 효율적으로 관리할 수 있게 된다.
일반적으로, HDD 기반의 분산 파일 시스템은 HDD 성능의 제한 때문에 충분한 성능을 보장받을 수 없었다. 특히, 랜덤 입출력에서는 성능 저하가 심했다. 그러나, 본 발명에 따른 분산 파일 시스템(100)은 메타데이터 서버(110), 분산 파일 시스템 클라이언트(120) 및 데이터 서버(130)에 각각의 데이터 처리 속도나 양에 따라 저장 장치를 구분하여 구성함으로써, 스토리지 비용을 최소화 할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 분산 파일 시스템(100)은 하이브리드 기술을 통해 입출력 성능을 보장할 수 있으며, 효율적인 오류 관리를 통해 고 가용성을 보장할 수 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 초고속 반도체 저장장치를 활용한 클러스터링 기반 분산 파일 시스템은 다양한 인터넷 서비스를 제공하는 서버에 적용될 수 있다. 예를 들어, 상기 인터넷 서비스는 Blog, Search, RSS, WiFi, Map, E-market, Media, UCC 등 다양한 형태로 존재한다. 또한, 상기 분산 파일 시스템과 인터넷 서비스 사이의 원만한 통신이 이루어질 수 있도록 미들웨어(Middleware)가 존재할 수 있다. 이러한 구성을 갖는 분산 파일 시스템을 간단히 설명하면 다음과 같다.
사용자가 인터넷 서비스를 통해 정보(또는 파일)를 요청하면, 분산 파일 시스템 클라이언트(120)가 이를 메타데이터 서버(110)에 전달하여 메타데이터 서버(110)로부터 정보의 위치를 전달받는다. 여기서, 상기 메타데이터 서버(110)는 초고속 반도체 디스크(예를 들어, DRAM SSD)와, DRAM을 캐시로 사용한 Flash SSD로 구성되고, 분산 파일 시스템 클라이언트(120)는 초고속 반도체 디스크와, DRAM을 캐시로 사용하여 성능을 높인 Flash SSD, Flash SSD 및 HDD로 구성된다. 그리고 나서, 분산 파일 시스템 클라이언트(120)는 메타데이터 서버(110)로부터 받은 위치 정보를 데이터 서버(130)에 전달하여 데이터 서버(130)로부터 원하는 데이터를 받아서 이를 사용자에게 제공한다. 여기서, 데이터 서버(130)는 Flash SSD 및 HDD로 구성된다.
도 3은 본 발명에 따른 초고속 반도체 저장장치를 활용한 클러스터링 기반 분산 파일 시스템이 임베디드로 구성된 것을 도시한 개념도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 초고속 반도체 저장장치를 활용한 클러스터링 기반 분산 파일 시스템은 임베디드 시스템에 적용될 수 있다. 예를 들어, 분산 파일 시스템을 구성하는 메타데이터 서버(210)와 분산 파일 시스템 클라이언트(220) 및 데이터 서버(230)는 네트워크를 통해 서로 연결된다. 여기서, 데이터 서버(230)는 적어도 하나 이상의 임베디드 디스크 컨트롤러(231)를 가지며, 상기 임베디드 디스크 컨트롤러(231)에는 복수개의 디스크(232)들이 연결되어 있다. 상기 임베디드 디스크 컨트롤러(231)는 분산 파일 시스템 클라이언트(220)의 입출력 요청을 처리한다. 또한, 상기 디스크(232)에는 실제 데이터들이 저장되며, 임베디드 디스크 컨트롤러(231)는 상기 디스크(232)를 관리한다.
상기 메타데이터 서버(210)는 초고속 반도체 디스크(DRAM SSD)와, DRAM을 캐시로 사용한 Flash SSD(예를 들어, NVMe SSD)에 저속저장장치(Flash SSD + HDD)를 더 포함하여 하이브리드로 구성할 수 있다. 더불어, 상기 메타데이터 서버(210)는 고가용성(HA: High Availability)을 추구하기 위해 2개의 메타데이터 서버(210)로 운영된다. 이와 같이, 2개의 메타데이터 서버(210)로 운영할 경우, 하나의 서버에 장애가 발생하더라도 다른 서버가 대신 수행함으로써, 시스템이 지속적으로 정상 운영이 가능하다. 또한, 분산 파일 시스템 클라이언트(220)는 DRAM을 캐시로 사용하여 성능을 높인 Flash SSD 또는 티어링된 Flash SSD 및 저속저장장치(Flash SSD + HDD)로 구성할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 초고속 반도체 저장장치를 활용한 클러스터링 기반 분산 파일 시스템에서 메타데이터를 저장하기 위한 가변 블록 저장 구조를 나타낸 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 메타데이터의 크기에 따라 저장되는 공간이 가변될 수 있다. 예를 들어, 메타데이터의 파일 크기가 128MB 부터 2496MB까지 저장될 수 있으며, 파일 크기가 클수록 미사용되는 공간도 커지게 된다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 초고속 반도체 저장장치를 활용한 클러스터링 기반 분산 파일 시스템을 적용한 이종 저장 장치 융합 기술을 나타낸 블록도이다.
도 5를 참조하면, 하나의 메타데이터 서버(MDS)에 복수의 데이터 서버(DS 01 ~ DS n)가 연결되어 있다. 상기 메타데이터 서버(MDS)는 SSD pool과 HDD pool을 포함한다. 여기서, SSD pool과 HDD pool 모두에 저장되는 데이터는 하이브리드 볼륨(hybrid volume)으로, 어느 한쪽에만 저장되는 데이터는 볼륨(volume)으로 구분될 수 있다. 또한, 상기 복수의 데이터 서버(DS 01 ~ DS n)에는 각각 복수의 SSD(SSD 01 ~ SSD n)와 복수의 HDD(HDD 01 ~ HDD n)를 포함하여 구성될 수 있다. 상기 메타데이터 서버(MDS)는 복수의 데이터 서버(DS 01 ~ DS n)로부터 주기적으로 heartbeat를 받아 데이터 서버의 상태를 파악할 수 있다. 클라이언트는 웹 관리도구나 유틸리티 등을 상기 메타데이터 서버(MDS)에 접근할 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 초고속 반도체 저장장치를 활용한 클러스터링 기반 분산 파일 시스템을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
100: 분산 파일 시스템
110: 메타데이터 서버(MDS)
120: 분산 파일 시스템 클라이언트(DFS)
130: 데이터 서버(DS)

Claims (6)

  1. 메타데이터를 저장하는 메타데이터 서버;
    상기 메타데이터 서버와 통신하여 메타데이터 연산을 수행하는 분산 파일 시스템 클라이언트; 및
    상기 분산 파일 시스템 클라이언트가 요청하는 입출력을 처리하며 데이터를 저장하는 데이터 서버;를 포함하고,
    상기 메타데이터 서버는 초고속 반도체 디스크와 DRAM을 캐시로 사용하는 Flash SSD(Solid State Drive)로 구성된 것을 특징으로 하는 초고속 반도체 저장장치를 활용한 클러스터링 기반 분산 파일 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 초고속 반도체 디스크는 PCI-e(Peripheral Component Interconnect-Express) 또는 QPI(Quick Path Interconnect)등의 초고속 인터페이스를 사용하는 것을 특징으로 하는 초고속 반도체 저장장치를 활용한 클러스터링 기반 분산 파일 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 분산 파일 시스템 클라이언트는 오토 티어링을 구현한 하이브리드 저장 시스템인 것을 특징으로 하는 초고속 반도체 저장장치를 활용한 클러스터링 기반 분산 파일 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 부산 파일 시스템 클라이언트는 초고속 반도체 디스크와, DRAM을 캐시로 사용하는 Flash SSD(Solid State Drive), Flash SSD(Solid State Drive) 및 HDD(Hard Disk Drive)로 구성된 것을 특징으로 하는 초고속 반도체 저장장치를 활용한 클러스터링 기반 분산 파일 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 데이터 서버는 저속저장장치로 구성된 것을 특징으로 하는 초고속 반도체 저장장치를 활용한 클러스터링 기반 분산 파일 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 저속저장장치는 Flash SSD (Solid State Drive) 및 HDD(Hard Disk Drive)를 포함하는 것을 특징으로 하는 초고속 반도체 저장장치를 활용한 클러스터링 기반 분산 파일 시스템.
KR1020160140299A 2015-10-26 2016-10-26 초고속 반도체 저장장치를 활용한 클러스터링 기반 분산 파일 시스템 KR20170048225A (ko)

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