KR20190116641A - 가상화 시스템을 위한 저장 장치 및 그 동작 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 가상화 시스템을 위한 저장 장치 및 그 동작 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 가상화 시스템을 위한 저장 장치의 동작 방법은, 가상 머신으로부터 쓰기 요청을 수신하는 단계, 상기 수신된 쓰기 요청의 크기를 기설정된 임계치와 비교하여 상기 수신된 쓰기 요청의 쓰기 패턴을 구별하는 단계, 및 상기 구별된 쓰기 패턴에 따라 상기 수신된 쓰기 요청을 서로 다르게 할당하는 단계를 포함한다.

Description

가상화 시스템을 위한 저장 장치 및 그 동작 방법{STORAGE APPARATUSES FOR VIRTUALIZED SYSTEM AND OPERATING METHODS THEREOF}
본 발명은 가상화 시스템을 위한 저장 장치 및 그 동작 방법에 관한 것이다.
가상 머신은 컴퓨터를 에뮬레이션하는 소프트웨어이며 주로 운영체제 위에 다른 운영체제가 작동하도록 하는 기술을 의미한다. 또한, 기존 운영체제(호스트 운영체제)와 그 위의 가상 머신(게스트 운영체제) 사이 계층인 하이퍼바이저(Hypervisor)는 호스트 운영체제의 자원에 접근하려는 게스트 운영체제들을 제어한다. 따라서 게스트 운영체제들은 하이퍼바이저 계층을 통해서만 호스트의 저장 장치에 접근할 수 있다. 여기서, 하이퍼바이저는 가상화 머신 모니터(Virtual machine monitor, VMM)라고도 부른다.
이러한 계층 구조로 인해 각각의 가상 머신은 호스트와 게스트 사이에 존재하는 시맨틱 갭(semantic gap)으로 인해 각각의 입출력(Input/Output, I/O) 요청이 구분되지 않는다. 또한, 스토리지의 쓰기 버퍼와 실제 스토리지 사이에도 시맨틱 갭(semantic gap)이 존재하기 때문에, I/O 요청들이 패턴과 관계없이 섞이게 된다. 그러므로 이러한 I/O 요청들은 스토리지에 효율적으로 전달되지 못한다.
앞서 언급한 것처럼, 다수의 가상 머신을 동시에 수행할 경우, 가상 머신 간의 쓰기 간섭 현상이 발생하게 되고, 그로 인한 성능 저하가 발생하게 된다는 문제점이 있다.
이를 위해, 본 발명의 실시 예들은 가상 머신들 사이의 I/O 간섭현상으로 인한 성능저하 현상을 개선하기 위해, 저장 장치 내의 쓰기 버퍼에 새로운 쓰기 버퍼 정책을 적용함으로써, 각 가상 머신의 SLO(Service Level Objective)를 효율적으로 개선해 줄 수 있는, 가상화 시스템을 위한 저장 장치 및 그 동작 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시 예들은 가상 머신의 쓰기 패턴에 따라 서로 다른 정책을 적용하여 쓰기 버퍼를 관리함으로써, 가상 머신들 간의 쓰기 간섭 현상을 방지하여 각 가상 머신의 SLO를 보장할 수 있고, 전체적인 성능을 높일 수 있는, 가상화 시스템을 위한 저장 장치 및 그 동작 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 쓰기 버퍼 및 메모리가 구비된 저장 장치의 동작 방법에 있어서, 가상 머신으로부터 쓰기 요청을 수신하는 단계; 상기 수신된 쓰기 요청의 크기를 기설정된 임계치와 비교하여 상기 수신된 쓰기 요청의 쓰기 패턴을 구별하는 단계; 및 상기 구별된 쓰기 패턴에 따라 상기 수신된 쓰기 요청을 서로 다르게 할당하는 단계를 포함하는 가상화 시스템을 위한 저장 장치의 동작 방법이 제공될 수 있다.
상기 방법은, 상기 수신된 쓰기 요청과 관련된 데이터가 상기 쓰기 버퍼에 저장되어 있으면, 상기 수신된 쓰기 요청을 상기 관련된 데이터의 저장 위치에 할당하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 방법은, 상기 쓰기 버퍼에 잔여 용량이 있으면, 상기 수신된 쓰기 요청을 상기 쓰기 버퍼에 할당하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 수신된 쓰기 요청의 쓰기 패턴을 구별하는 단계는, 상기 쓰기 버퍼의 잔여 용량이 없으면, 상기 수신된 쓰기 요청의 크기를 기설정된 임계치와 비교하여 쓰기 패턴을 구별할 수 있다.
상기 수신된 쓰기 요청의 쓰기 패턴을 구별하는 단계는, 상기 수신된 쓰기 요청의 크기가 기설정된 임계치를 초과하면, 상기 쓰기 패턴을 순차 쓰기 패턴(Sequential write pattern)으로 구별할 수 있다.
상기 수신된 쓰기 요청을 서로 다르게 할당하는 단계는, 상기 구별된 쓰기 패턴이 순차적 쓰기 패턴이면, 상기 쓰기 버퍼를 우회하여 상기 수신된 쓰기 요청을 상기 메모리에 할당할 수 있다.
상기 수신된 쓰기 요청의 쓰기 패턴을 구별하는 단계는, 상기 수신된 쓰기 요청의 크기가 기설정된 임계치 이하이면, 상기 쓰기 패턴을 랜덤 쓰기 패턴(Random write pattern)으로 구별할 수 있다.
상기 수신된 쓰기 요청을 서로 다르게 할당하는 단계는, 상기 구별된 쓰기 패턴이 랜덤 쓰기 패턴이면, 상기 수신된 쓰기 요청을 상기 쓰기 버퍼를 할당할 수 있다.
상기 수신된 쓰기 요청을 서로 다르게 할당하는 단계는, 상기 구별된 쓰기 패턴이 랜덤 쓰기 패턴이면, 상기 쓰기 버퍼에 미리 저장된 데이터를 삭제하고 상기 삭제된 데이터의 위치에 상기 수신된 쓰기 요청을 할당할 수 있다.
상기 수신된 쓰기 요청을 서로 다르게 할당하는 단계는, 상기 구별된 쓰기 패턴이 랜덤 쓰기 패턴이고 상기 쓰기 버퍼가 LRU(Least Recently Used) 기반이면, 상기 쓰기 버퍼에서 LRU 위치에 있는 데이터를 삭제하고, 상기 삭제된 데이터의 LRU 위치에 상기 수신된 쓰기 요청을 할당할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 메모리; 쓰기 버퍼; 및 상기 쓰기 버퍼 및 상기 메모리를 관리하되, 가상 머신으로부터 수신된 쓰기 요청의 크기를 기설정된 임계치와 비교하여 상기 수신된 쓰기 요청의 쓰기 패턴을 구별하고, 상기 구별된 쓰기 패턴에 따라 상기 수신된 쓰기 요청을 서로 다르게 할당하는 제어부를 포함하는 가상화 시스템을 위한 저장 장치가 제공될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 수신된 쓰기 요청과 관련된 데이터가 상기 쓰기 버퍼에 저장되어 있으면, 상기 수신된 쓰기 요청을 상기 관련된 데이터의 저장 위치에 할당할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 쓰기 버퍼에 잔여 용량이 있으면, 상기 수신된 쓰기 요청을 상기 쓰기 버퍼에 할당할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 쓰기 버퍼의 잔여 용량이 없으면, 상기 수신된 쓰기 요청의 크기를 기설정된 임계치와 비교하여 쓰기 패턴을 구별할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 수신된 쓰기 요청의 크기가 기설정된 임계치를 초과하면, 상기 쓰기 패턴을 순차 쓰기 패턴(Sequential write pattern)으로 구별할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 구별된 쓰기 패턴이 순차적 쓰기 패턴이면, 상기 쓰기 버퍼를 우회하여 상기 수신된 쓰기 요청을 상기 메모리에 할당할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 수신된 쓰기 요청의 크기가 기설정된 임계치 이하이면, 상기 쓰기 패턴을 랜덤 쓰기 패턴(Random write pattern)으로 구별할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 구별된 쓰기 패턴이 랜덤 쓰기 패턴이면, 상기 수신된 쓰기 요청을 상기 쓰기 버퍼를 할당할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 구별된 쓰기 패턴이 랜덤 쓰기 패턴이면, 상기 쓰기 버퍼에 미리 저장된 데이터를 삭제하고 상기 삭제된 데이터의 위치에 상기 수신된 쓰기 요청을 할당할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 구별된 쓰기 패턴이 랜덤 쓰기 패턴이고 상기 쓰기 버퍼가 LRU(Least Recently Used) 기반이면, 상기 쓰기 버퍼에서 LRU 위치에 있는 데이터를 삭제하고, 상기 삭제된 데이터의 LRU 위치에 상기 수신된 쓰기 요청을 할당할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 호스트 운영체제(Host operating system)에 의해 운영되는 호스트; 상기 호스트 운영체제 위에 동작하는 게스트 운영체제(Guest operating system)에 의해 운영되는 가상 머신; 상기 가상 머신과 상기 호스트 사이에 위치하고 상기 호스트 운영체제의 자원에 접근하는 게스트 운영체제를 제어하는 하이퍼바이저(hypervisor); 및 쓰기 버퍼 및 메모리를 구비하고, 상기 가상 머신으로부터 상기 하이퍼바이저 및 상기 호스트를 통해 수신된 쓰기 요청의 크기를 기설정된 임계치와 비교하여 상기 수신된 쓰기 요청의 쓰기 패턴을 구별하고, 상기 구별된 쓰기 패턴에 따라 상기 수신된 쓰기 요청을 서로 다르게 할당하는 저장 장치를 포함하는 가상화 시스템이 제공될 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 쓰기 버퍼 및 메모리가 구비된 저장 장치의 동작 방법을 컴퓨터에 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 있어서, 가상 머신으로부터 쓰기 요청을 수신하는 단계; 상기 수신된 쓰기 요청의 크기를 기설정된 임계치와 비교하여 상기 수신된 쓰기 요청의 쓰기 패턴을 구별하는 단계; 및 상기 구별된 쓰기 패턴에 따라 상기 수신된 쓰기 요청을 서로 다르게 할당하는 단계를 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체가 제공될 수 있다.
본 발명의 실시 예들은 가상 머신 사이의 I/O 간섭현상으로 인한 성능저하 현상을 개선하기 위해, 저장 장치 내의 쓰기 버퍼에 새로운 쓰기 버퍼 정책을 적용함으로써, 각 가상 머신의 SLO(Service Level Objective)를 효율적으로 개선해 줄 수 있다.
본 발명의 실시 예들은 가상 머신의 쓰기 패턴에 따라 서로 다른 정책을 적용하여 쓰기 버퍼를 관리함으로써, 가상 머신 간의 쓰기 간섭 현상을 방지하여 각 가상 머신의 SLO를 보장할 수 있고, 전체적인 성능을 높일 수 있다.
본 발명의 실시 예들은 쓰기 버퍼에서 임계치를 초과하는 큰 사이즈의 데이터에 대해서 쓰기 버퍼를 통과하게 함으로써, 가상 머신 간의 쓰기 간섭 현상을 방지할 수 있다.
본 발명의 실시 예들은 순차 쓰기의 성능을 보장해주고 각 가상 머신의 SLO를 보장해 줄 수 있다.
본 발명의 실시 예들은 전체 가상화 시스템의 성능을 개선하고 쓰기 버퍼 활용률을 높일 수 있다.
도 1은 가상화 환경에서 순차 및 랜덤 워크로드의 성능을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 가상화 시스템의 구성을 설명하기 위한 구성도이다.
도 3 및 도 4는 각각 일반적인 가상화 시스템 및 본 발명의 일 실시 예에 따른 가상화 시스템에서 쓰기 요청의 처리 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 가상화 시스템을 위한 저장 장치의 동작 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 가상화 시스템을 위한 저장 장치의 동작 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 7은 일반적인 LRU 및 본 발명의 일 실시 예에 따른 응답 시간 비교를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에서 임계치 변화에 따른 실험 결과를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 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.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
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 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
도 1은 가상화 환경에서 순차 및 랜덤 워크로드의 성능을 설명하기 위한 도면이다.
가상 머신 간의 쓰기 간섭으로 인한 성능 오버 헤드를 분석하기 위해, 일반적인 가상화 시스템에 대해 실험이 수행되었다. 또한, 가상화 시스템을 구축하고, 각각 가상 디스크 크기를 가지며 2개의 vCPU(virtual CPU)와 2047MB의 메모리로 구성된 2개의 가상 머신을 생성했다. 이 실험에서는 FIO(Flexible I/O) 벤치 마크를 실행하는 각 가상 머신의 I/O 성능을 측정했다. 하나의 가상 머신은 크기가 256MB인 8개의 파일로 무작위 작업 부하를 실행하고, 다른 가상 머신은 5GB의 단일 파일로 순차적 작업 부하를 실행한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 단일 가상 머신(Single VM)의 환경(10)에서 순차(Seq.) 쓰기 패턴의 성능이 랜덤(Ran.) 쓰기 패턴의 성능보다 최대 14%가 더 높음을 보여준다. 도 1의 케이스 1(21) 및 케이스 2(22)와 같이, 멀티 가상 머신(Multi-VMs)의 환경(20)은 동일한 패턴의 작업 부하를 실행할 때 비슷한 성능 추세를 보인다. 그러나 이러한 결과는 두 가상 머신이 순차 쓰기 작업량에 대해 서로 다른 작업 부하를 동시에 실행하고, 랜덤 쓰기 작업 부하에 대해 다른 작업 부하를 동시에 실행하는 경우에는 반대로 된다.
도 1에 도시된 케이스 3(23)의 결과에 따르면, 가상 머신 1(VM1)이 순차 쓰기 작업을 실행하더라도 가상 머신 1(VM1)의 성능은 가상 머신 2(VM2)보다 40% 정도 더 낮다. 즉, 각 가상 머신의 SLO가 멀티 가상 머신 환경에서 보장되지 않을 수 있다. 왜냐하면, 호스트는 게스트와 호스트 간의 시맨틱 갭으로 인해 호스트의 쓰기 패턴에 대한 고려 없이 각 가상 머신의 쓰기 작업만을 전송하기 때문이다. 또한, 스토리지 레벨 측면에서 볼 때, 각 가상 머신의 I/O 요청은 쓰기 버퍼에서 혼합된다. 일반적으로 I/O 처리 대기 시간을 향상시키기 위해, 쓰기 작업을 잠시 동안 유지하면 I/O 처리 시간이 지연될 수 있다. 그러나 쓰기 버퍼에 여유 공간이 없으면, 쓰기 버퍼의 성능 이점이 사라질 수 있다. 이러한 문제는 도 1의 케이스 3(23)에 나타나 있다.
가상 머신 1(VM1)이 순차 쓰기 패턴으로 쓰기 작업을 요청하더라도, 가상 머신 2(VM2)와 다른 패턴이 플래시 메모리에 반영되므로 해당 성능상의 이점이 보장되지 않을 수 있다. 즉, 쓰기 버퍼가 가득 차면, 가상 머신 1(VM1)의 쓰기 작업을 위해 쓰기 버퍼에 공간을 할당하기 위해 플래시 메모리에 랜덤 쓰기 패턴의 가상 머신의 쓰기 작업을 반영할 수 있다. 호스트의 I/O 패턴에 대한 자세한 분석을 위해, blktrace 도구를 사용하여 순차 쓰기 작업 및 임의 쓰기 작업의 I/O 추적을 수집했다. I/O 추적은 랜덤 쓰기 작업의 부하가 작은 크기의 I/O 요청을 생성하는 반면, 순차 쓰기 작업의 부하로 생성되는 I/O 요청의 크기는 비교적 큰 것을 보여준다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 가상화 시스템의 구성을 설명하기 위한 구성도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 가상화 시스템(100)은 가상 머신(110), 하이퍼바이저(120), 호스트(130) 및 저장 장치(140)를 포함한다. 그러나 도시된 구성요소 모두가 필수 구성요소인 것은 아니다. 도시된 구성요소보다 많은 구성요소에 의해 가상화 시스템(100)이 구현될 수도 있고, 그보다 적은 구성요소에 의해서도 가상화 시스템(100)은 구현될 수 있다.
이하, 도 2의 가상화 시스템의 각 구성요소들의 구체적인 구성 및 동작을 설명한다.
가상 머신(110)은 호스트 운영체제 위에 동작하는 게스트 운영체제(Guest operating system)에 의해 운영된다. 가상 머신(110)은 다수의 가상 머신으로 구성될 수 있다. 일례로, 가상 머신은 가상 머신 1 및 가상 머신 2를 포함할 수 있다.
호스트(130)는 호스트 운영체제(Host operating system)에 의해 운영된다. 호스트(130)는 시맨틱 갭으로 인해 순차적 쓰기 패턴과 랜덤 쓰기 패턴을 구별할 수 없다. 따라서 저장 장치(140)는 쓰기 요청의 크기를 기준으로 설정하여 쓰기 요청 패턴을 구별할 수 있다.
하이퍼바이저(hypervisor, 120)는 가상 머신(110)과 호스트(130) 사이에 위치하고, 호스트 운영체제의 자원에 접근하는 게스트 운영체제를 제어한다.
저장 장치(140)는 쓰기 버퍼(142) 및 메모리(143)를 구비한다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 쓰기 버퍼(142)는 LRU(Least Recently Used) 정책을 기본으로 쓰기 버퍼 작업을 수행할 수 있다. 쓰기 버퍼(142)는 LRU의 쓰기 버퍼 정책을 사용하기 때문에, LRU 정책을 사용하는 쓰기 버퍼(142)의 성능 이점을 동일하게 이용할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 저장 장치(140)는 먼저 높은 적중률(hit ratio)을 보장하기 위해, 일반적인 쓰기 버퍼에서 사용하던 LRU 기법을 사용할 수 있다. 하지만, 본 발명의 실시 예들에서는 LRU와 같은 쓰기 버퍼의 기법으로 한정되지 않고 다양한 쓰기 버퍼의 기법이 적용될 수 있다. LRU(Least Recently Used)기법이란 최근에 참조된 페이지는 앞으로도 참조될 가능성이 크다는 것에 착안한 기법으로 가장 오랫동안 참조되지 않은 페이지를 스토리지로 내려보낸다.
저장 장치(140)는 가상 머신(110)으로부터 하이퍼바이저(120) 및 호스트(130)를 통해 수신된 쓰기 요청의 크기를 기설정된 임계치와 비교하여, 그 수신된 쓰기 요청의 쓰기 패턴을 구별한다. 여기서, 쓰기 요청의 크기는 가상 머신(110)으로부터 하이퍼바이저(120) 및 호스트(130)를 통해 수신된 쓰기 요청된 데이터의 크기를 나타낸다. 그리고 저장 장치(140)는 그 구별된 쓰기 패턴에 따라, 수신된 쓰기 요청을 서로 다르게 할당한다. 여기서, 서로 다르게 할당하는 것은 수신된 쓰기된 요청 데이터가 쓰기 패턴에 따라 쓰기 버퍼(142) 또는 메모리(143)에 선택적으로 저장되도록 할당하는 것을 의미한다.
쓰기 요청의 크기와 비교되는 임계치(threshold)는 본 발명의 실시 예들에 따른 실험을 통해 미리 설정된 쓰기 패턴을 구분하는 기준이 될 수 있다. 기설정된 임계치보다 큰 사이즈의 쓰기 요청은 순차적 쓰기 패턴으로 간주되어 저장 장치에서 처리될 수 있다. 반면, 기설정된 임계치 이하인 사이즈의 쓰기 요청은 랜덤 쓰기 패턴으로 간주되어 저장 장치(140)에서 처리될 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 저장 장치(140)는 가상 머신과 저장 장치 사이의 시맨틱 갭(semantic gap)으로 인해 쓰기 패턴이 구분되지 않는 문제를 쓰기 요청의 크기별로 쓰기 패턴을 구분함으로써 해결할 수 있다. 순차적 쓰기 요청의 사이즈가 랜덤 쓰기 요청의 사이즈보다 크기 때문에, 저장 장치(140)는 쓰기 요청의 사이즈를 통해 쓰기 패턴을 구분함으로써 각각 다른 정책을 적용시킬 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 저장 장치(140)는 제어부(141), 쓰기 버퍼(142) 및 메모리(143)를 포함한다. 그러나 도시된 구성요소 모두가 필수 구성요소인 것은 아니다. 도시된 구성요소보다 많은 구성요소에 의해 저장 장치(140)가 구현될 수도 있고, 그보다 적은 구성요소에 의해서도 저장 장치(140)는 구현될 수 있다.
이하, 도 2의 저장 장치의 각 구성요소들의 구체적인 구성 및 동작을 설명한다.
메모리(143)는 저장 장치(140)로 수신된 데이터를 쓰거나 쓰여진 데이터를 지울 수 있다. 메모리(143)는 플래시 메모리일 수 있다.
쓰기 버퍼(142)는 메모리(143)에 쓰여질 데이터 또는 메모리(143)로부터 읽혀진 데이터를 일시적으로 저장한다.
제어부(141)는 쓰기 버퍼(142) 및 메모리(143)를 관리한다. 제어부(141)는 는 가상 머신(110)으로부터 하이퍼바이저(120) 및 호스트(130)를 통해 수신된 쓰기 요청의 크기를 기설정된 임계치와 비교하여, 그 수신된 쓰기 요청의 쓰기 패턴을 구별한다. 그리고 제어부(141)는 구별된 쓰기 패턴에 따라, 수신된 쓰기 요청을 서로 다르게 할당할 수 있다.
제어부(141)는 수신된 쓰기 요청과 관련된 데이터가 쓰기 버퍼(142)에 저장되어 있으면, 수신된 쓰기 요청을 관련된 데이터의 저장 위치에 할당할 수 있다. 제어부(141)는 쓰기 버퍼(142)에 잔여 용량이 있으면, 수신된 쓰기 요청을 쓰기 버퍼(142)에 할당할 수 있다. 제어부(141)는 쓰기 버퍼(142)의 잔여 용량이 없으면, 수신된 쓰기 요청의 크기를 기설정된 임계치와 비교하여 쓰기 패턴을 구별할 수 있다.
이후, 제어부(141)는 수신된 쓰기 요청의 크기가 기설정된 임계치를 초과하면, 쓰기 패턴을 순차 쓰기 패턴(Sequential write pattern)으로 구별할 수 있다. 제어부(141)는 구별된 쓰기 패턴이 순차적 쓰기 패턴이면, 쓰기 버퍼(142)를 우회하여 수신된 쓰기 요청을 메모리(143)에 할당할 수 있다. 제어부(141)는 수신된 쓰기 요청의 크기가 기설정된 임계치 이하이면, 쓰기 패턴을 랜덤 쓰기 패턴(Random write pattern)으로 구별할 수 있다. 제어부(141)는 구별된 쓰기 패턴이 랜덤 쓰기 패턴이면, 수신된 쓰기 요청을 쓰기 버퍼(142)를 할당할 수 있다. 제어부(141)는 구별된 쓰기 패턴이 랜덤 쓰기 패턴이면, 쓰기 버퍼(142)에 미리 저장된 데이터를 삭제하고, 그 삭제된 데이터의 위치에 수신된 쓰기 요청을 할당할 수 있다. 일례로, 제어부(141)는 구별된 쓰기 패턴이 랜덤 쓰기 패턴이고 쓰기 버퍼(142)가 LRU(Least Recently Used) 기반이면, 쓰기 버퍼(142)에서 LRU 위치에 있는 데이터를 삭제하고, 그 삭제된 데이터의 LRU 위치에 수신된 쓰기 요청을 할당할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시 예들은 다수의 가상 머신 환경에서 각 가상 머신이 I/O 성능에 대한 SLO를 만족할 수 있는, 버퍼 관리를 위한 저장 장치 및 그 동작 방법에 관한 것이다. 본 발명의 실시 예들은 성능 저하를 초래하는 쓰기 간섭 문제를 완화하기 위해, 쓰기 버퍼(142)에 여유 공간이 없을 때 순차 쓰기 패턴의 쓰기 요청이 쓰기 버퍼(142)를 우회하도록 할 수 있다.
본 발명의 실시 예들은 두 가지 문제를 해결할 수 있다. 첫 번째는 가상화 시스템에서의 시맨틱 갭이다. 호스트는 게스트 운영체제와 호스트 운영체제 사이의 시맨틱 갭으로 인해, 호스트가 각 가상 머신의 쓰기 요청을 구별하지 못하고 스토리지로 전달한다. 스토리지 레벨에서 스토리지는 패턴을 식별하지 않고 쓰기 요청을 단순히 수행한다. 두 번째는 비효율적인 쓰기 버퍼 관리 체계이다. SSD는 쓰기 버퍼의 성능 이점만을 고려하여 쓰기 요청을 보류한다. 이 때문에, 쓰기 버퍼에 여유 공간이 없고, 호스트로부터 전송된 순차 패턴의 쓰기 요청을 수행하려고 하면, 쓰기 버퍼의 랜덤 쓰기 패턴의 쓰기 요청을 메모리에 반영함으로써, 그 반대의 성능이 나타난다.
이러한 문제점을 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시 예에 따른 저장 장치(140)는 LRU(Least Recently Used) 정책을 사용한다. 이는 데이터의 시간적 지역성에 기반한 일반적인 쓰기 버퍼 관리 기법일 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 저장 장치(140)는 쓰기 버퍼(142)에 여유 공간이 없는 경우, 쓰기 버퍼(142)에서 가장 오랫동안 액세스하지 않은 LRU 위치의 데이터를 쓰기 요청에 대한 축출 대상으로 선택할 수 있다. 그리고 본 발명의 일 실시 예에 따른 저장 장치(140)는 쓰기 버퍼(142)에 새로운 쓰기 요청을 할당하기 위해 삭제 요청을 반영한다. 따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 저장 장치(140)는 일반적인 쓰기 버퍼의 관리 체계를 그대로 이용할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 저장 장치(140)는 쓰기 버퍼(142)에 여유 공간이 없을 때 순차 패턴의 쓰기 요청을 처리할 수 있다. 각 가상 머신의 I/O 성능에 대한 SLO를 만족시키기 위해, 저장 장치(140)는 쓰기 요청이 쓰기 버퍼(142)를 우회해야 하는지를 결정할 수 있다. 저장 장치(140)는 쓰기 패턴을 식별하고 쓰기 버퍼(142)를 무시해야 하는 쓰기 요청의 크기를 결정할 수 있다. 따라서 저장 장치(140)는 쓰기 요청 크기가 미리 결정된 임계치를 초과하는 경우, 쓰기 요청이 순차 쓰기 패턴 중 하나이며 쓰기 버퍼를 우회하는 것으로 결정할 수 있다. 그렇게 함으로써, 호스트로부터 전송된 쓰기 요청의 패턴이 플래시 메모리 상의 반영된 쓰기 요청의 패턴과 일치될 수 있다.
이를 위한, 저장 장치의 동작 방법을 간략하게 살펴보기로 한다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 저장 장치(140)는 호스트(130)가 쓰기 요청을 저장 장치(140)에 전송할 때, 먼저 쓰기 버퍼(142)가 가득 찼는지를 검사할 수 있다. 쓰기 버퍼(142)가 가득 차 있지 않은 경우, 저장 장치(140)는 쓰기 패턴의 유형에 관계없이 단순히 쓰기 요청을 쓰기 버퍼(142)에 할당할 수 있다. 쓰기 버퍼(142)가 가득 차 있는 경우, 저장 장치(140)는 쓰기 요청이 쓰기 버퍼(142)를 우회해야 하는지를 결정하기 위해 각 쓰기 요청의 크기를 식별할 수 있다. 쓰기 요청의 크기가 임계치보다 큰 경우, 쓰기 요청은 순차 쓰기 패턴으로 간주되고 쓰기 버퍼(142)를 우회한다(bypass). 쓰기 요청의 크기가 임계치 이하인 경우, 저장 장치는 쓰기 요청을 쓰기 버퍼에 할당할 수 있다. 그 이유는 쓰기 요청이 랜덤 쓰기 패턴으로 처리되기 때문이다. 이때, 쓰기 버퍼(142)는 쓰기 요청을 할당하기에 충분한 공간을 가지지 않기 때문에, 저장 장치(140)는 LRU 위치에서 쓰기 요청을 축출하고, 랜덤 쓰기 패턴의 쓰기 요청을 쓰기 버퍼(142)에 추가할 수 있다.
도 3 및 도 4는 각각 일반적인 가상화 시스템 및 본 발명의 일 실시 예에 따른 가상화 시스템에서 쓰기 요청의 처리 과정을 설명하기 위한 도면이다.
일반적인 가상화 시스템에서는 순차적 쓰기와 랜덤 쓰기를 구별하지 않고 쓰기 버퍼(142)를 할당하여서 사용한다. 하지만, 서로 다른 패턴이 쓰기 버퍼(142)에서 섞이게 되면 서로 성능 간섭 현상이 발생하게 된다. 따라서 사용자가 원하는 성능을 발휘하지 못하게 된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 쓰기 버퍼(142)에 두 패턴의 데이터가 섞여 있는 것을 볼 수 있다. 예를 들면, 랜덤 쓰기 패턴의 페이지인 P72, P39 및 P55와, 순차 쓰기 패턴의 페이지인 P1, P2 및 P3는 쓰기 버퍼에 섞여 있다.
그러나 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 저장 장치(140)는 쓰기 요청의 크기를 기설정된 임계치와 비교하여, 쓰기 요청을 순차 쓰기 패턴 또는 랜덤 쓰기 패턴으로 구별한다. 여기서, 순차 쓰기 패턴은 쓰기 버퍼(142)를 통과하고, 랜덤 쓰기 패턴은 쓰기 버퍼(142)를 활용하게 된다. 이를 통해, 도 4의 쓰기 버퍼에는 두 패턴의 데이터가 섞여 있지 않은 것을 볼 수 있다. 예를 들면, 랜덤 쓰기 패턴의 페이지인 P72, P39, P55, P91, P34, 및 P48은 쓰기 버퍼(142)에만 있다. 반면, 순차 쓰기 패턴의 페이지인 P1, P2, P3, P27, P28, P29, 및 P30은 메모리(143)에 있다. 이와 같이, 접근이 더 자주 되는 랜덤 쓰기 패턴이 쓰기 버퍼(142)를 활용한다. 반면, 접근이 상대적으로 자주 되지 않는 순차 쓰기 패턴은 쓰기 버퍼(142)를 거치지 않기 때문에, 전체적인 성능이 더 높게 측정되는 것을 확인할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 가상화 시스템을 위한 저장 장치의 동작 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
단계 S101에서, 저장 장치(140)는 쓰기 요청이 쓰기 버퍼(142)에 있는지를 확인한다. 저장 장치(140)는 쓰기 요청이 발생하면 먼저 해당 쓰기 요청이 쓰기 버퍼(142)에 있는지를 먼저 검사할 수 있다.
상기 확인 결과(S101), 쓰기 요청이 쓰기 버퍼(142)에 있으면, 단계 S102에서, 저장 장치(140)는 쓰기 요청된 데이터를 쓰고 변경 비트를 체크한다. 만약, 쓰기 요청이 쓰기 버퍼(142)에 존재한다면, 저장 장치(140)는 효과적인 성능을 위해 쓰기 요청에 해당하는 데이터에 쓰기 요청을 수행하고 변경 비트를 확인할 수 있다. 그리고 저장 장치(140)는 단계 S101부터 다시 수행한다.
반면, 쓰기 요청이 쓰기 버퍼(142)에 있지 않으면, 단계 S103에서, 저장 장치(140)는 쓰기 버퍼(142)에 잔여 용량이 있는지를 확인한다. 즉, 저장 장치(140)는 쓰기 버퍼(142)에 해당 요청과 관련된 데이터가 없다면, 쓰기 버퍼(142)의 현재 상태를 확인할 수 있다. 저장 장치(140)는 먼저 쓰기 버퍼(142)의 남은 용량을 계산해서 쓰기 버퍼(142)가 꽉 차있는지 아닌지를 판단할 수 있다.
상기 확인 결과(S103), 쓰기 버퍼(142)에 잔여 용량이 있으면, 단계 S104에서, 저장 장치(140)는 쓰기 요청된 데이터를 쓰기 버퍼(142)에 추가한다. 즉, 쓰기 버퍼(142)에 용량이 남아 있으면, 저장 장치(140)는 쓰기 버퍼(142)의 이점을 이용하기 위해 쓰기 패턴의 종류와 상관없이 쓰기 버퍼(142)에 쓰기 요청을 할당할 수 있다. 쓰기 버퍼(142)에 여유 공간이 있다면, 저장 장치(140)는 순차적 쓰기이든 랜덤 쓰기이든 상관없이 쓰기 버퍼(142)의 효과를 최대한으로 사용하기 위해서 쓰기 버퍼(142)에 해당 쓰기 요청을 반영할 수 있다. 그리고 저장 장치(140)는 단계 S101부터 다시 수행한다.
반면, 쓰기 버퍼(142)에 잔여 용량이 있지 않으면, 단계 S105에서, 저장 장치(140)는 쓰기 요청의 크기가 임계치(threshold)를 초과하는지를 확인한다. 즉, 쓰기 버퍼(142)가 가득 찬 상태라면, 저장 장치(140)는 쓰기 요청의 사이즈를 임계치와 비교할 수 있다. 즉, 저장 장치(140)는 해당 쓰기 요청의 사이즈와 미리 설정해둔 임계치를 비교할 수 있다. 이를 통해, 쓰기 버퍼(142)가 여유 공간이 없다면, 저장 장치(140)는 순차적 쓰기와 랜덤 쓰기에 따라 다른 정책을 적용할 수 있다.
상기 확인 결과(S105), 쓰기 요청의 크기가 임계치를 초과하지 않으면, 단계 S106에서, 저장 장치(140)는 LRU 정책으로 쓰기 요청된 데이터를 쓰기 버퍼(142)에 추가한다. 즉, 쓰기 요청의 사이즈가 임계치보다 작으면, 저장 장치(140)는 해당 쓰기 요청을 랜덤 쓰기 패턴으로 간주하여 LRU 위치에 있는 데이터를 축출한다. 그리고 저장 장치(140)는 새로운 쓰기 요청을 쓰기 버퍼(142)에 넣어준다. 만약, 쓰기 요청의 사이즈가 임계치보다 작다면, 저장 장치(140)는 해당 요청을 랜덤 쓰기로 간주하여 LRU 정책을 사용해 쓰기 버퍼(142)에 추가할 수 있다. 그리고 저장 장치(140)는 단계 S101부터 다시 수행한다.
반면, 쓰기 요청의 크기가 임계치를 초과하면, 단계 S107에서, 저장 장치(140)는 쓰기 버퍼(142)를 우회하여 쓰기 요청된 데이터를 메모리(143)에 저장한다. 즉, 쓰기 요청의 사이즈가 임계치보다 크면, 저장 장치(140)는 해당 쓰기 요청을 순차적 쓰기 패턴으로 간주하여 쓰기 버퍼(142)를 통과시킬 수 있다. 하지만, 쓰기 요청의 크기가 임계치보다 크다면, 저장 장치(140)는 순차적 쓰기로 간주해서 쓰기 버퍼(142)를 거치지 않고 바로 저장 장치(140)에 쓸 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 가상화 시스템을 위한 저장 장치의 동작 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
단계 S201에서, 저장 장치(140)는 가상 머신(110)으로부터 하이퍼바이저(120) 및 호스트(130)를 통해 쓰기 요청을 수신한다.
단계 S202에서, 저장 장치(140)는 쓰기 요청과 관련된 데이터가 쓰기 버퍼(142)에 저장되어 있는지를 확인한다.
상기 확인 결과(S202), 쓰기 요청과 관련된 데이터가 쓰기 버퍼(142)에 저장되어 있으면, 단계 S203에서, 저장 장치(140)는 쓰기 요청을 데이터의 저장 위치에 할당한다.
반면, 쓰기 요청과 관련된 데이터가 쓰기 버퍼(142)에 저장되어 있지 않으면, 단계 S204에서, 저장 장치(140)는 쓰기 요청의 크기가 쓰기 버퍼(142)의 잔여 용량을 초과하는지를 확인한다.
상기 확인 결과(S204), 쓰기 요청의 크기가 쓰기 버퍼(142)의 잔여 용량을 초과하지 않으면, 단계 S205에서, 저장 장치(140)는 쓰기 요청을 쓰기 버퍼(142)에 할당한다.
반면, 쓰기 요청의 크기가 쓰기 버퍼(142)의 잔여 용량을 초과하면, 단계 S206에서, 저장 장치(140)는 쓰기 요청의 크기가 기설정된 임계치를 초과하는지를 확인한다.
상기 확인 결과(S206), 쓰기 요청의 크기가 기설정된 임계치를 초과하지 않으면, 단계 S207에서, 저장 장치(140)는 쓰기 패턴을 랜덤 쓰기 패턴으로 구별한다.
그리고 단계 S208에서, 저장 장치(140)는 쓰기 요청을 쓰기 버퍼(142)에 할당한다.
반면, 쓰기 요청의 크기가 기설정된 임계치를 초과하면, 단계 S209에서, 저장 장치(140)는 쓰기 패턴을 순차 쓰기 패턴으로 구별한다.
그리고 단계 S210에서, 저장 장치(140)는 쓰기 요청을 메모리에 할당한다.
도 7은 일반적인 LRU 및 본 발명의 일 실시 예에 따른 응답 시간 비교를 설명하기 위한 도면이다.
일반적인 LRU 및 본 발명의 일 실시 예의 효과를 증명하기 위해, 디스크심(Disksim)에 SSD를 패치한 시뮬레이터와 추가적인 쓰기 버퍼 시뮬레이터를 구현하여 실험을 하였다. 실험에서는 FIO 벤치마크를 사용하고 blktrace를 이용해 구한 트레이스를 이용하였다. 쓰기 버퍼는 일반적으로 저장 장치 사이즈의 0.1%로 설정하므로 실험에서는 쓰기 버퍼의 크기를 DiskSim 용량의 0.1%인 32MB으로 설정하였다.
도 7에 도시된 바와 같이, 일반적인 LRU 기법을 사용하는 쓰기 버퍼에서는 실험 결과에서 순차적(Seq.) 쓰기를 수행하는 가상 머신 1(VM1)의 반응시간이 랜덤(Ran.) 쓰기를 수행하는 가상 머신 2(VM2)보다 20% 더 높게 측정되었다. 즉, 순차적 쓰기를 수행하는 가상 머신 1(VM1)의 성능이 랜덤 쓰기를 수행하는 가상 머신 2(VM2)보다 더 낮게 측정되었음을 의미한다. 이는 스토리지가 호스트와 스토리지 사이의 시맨틱 갭으로 인해 쓰기 패턴을 고려하지 않고 비효율적으로 쓰기 요청을 처리하기 때문이다.
반면, 본 발명의 일 실시 예에서는, 가상 머신 1(VM1)의 응답 시간은 가상 머신 2(VM2)의 응답 시간보다 약 22% 짧게 나타난다. 이 결과는 가상 머신 1의 쓰기 요청이 요청 크기에 따라 순차 쓰기 패턴으로 식별되고 필요할 때 쓰기 버퍼를 우회하도록 함으로써, 가상 머신 2(VM2)의 쓰기 요청에 의해 간섭받지 않음을 나타낸다. 또한, 본 발명의 일 실시 예는 순차적 패턴의 쓰기 요청이 쓰기 버퍼를 우회하도록 한다. 본 발명의 일 실시 예의 평균 성능이 일반적인 LRU 기법과 유사하다는 점에서 SSD의 성능에 부정적인 영향을 미치지는 않는다.
본 발명의 일 실시 예에서는 일반적인 LRU 정책을 사용한 쓰기 버퍼의 순차적 쓰기 패턴과 비교해서 34% 정도 개선된 성능을 보여준다. 또한, 순차적 쓰기에 대한 성능 개선을 통해, 일반적인 쓰기 버퍼를 사용했을 때 순차적 쓰기의 성능과 랜덤 쓰기의 성능이 역전되었던 상황 또한 개선되었다. 이는 가상 머신의 QoS(Quality of Service)가 보장된다는 것을 의미한다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에서 임계치 변화에 따른 실험 결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 호스트에서 전송된 쓰기 요청의 패턴을 분류하는 데 사용되는 임계치에 따라 본 발명의 일 실시 예의 성능이 다르게 나타난다. 임계치가 1024에 도달할 때까지 가상 머신 1(VM1)의 응답 시간은 점차로 10%까지 감소한다. 그러나 임계 값을 1024에서 2048로 변경하면 응답 시간이 최대 24%까지 많이 증가한다. 즉, 임계치를 변경하면서 실험한 결과, 임계치가 1024일 때 가장 높은 성능을 측정할 수 있었기 때문에, 1024로 임계치를 설정될 수 있다. 이는 본 발명의 실시 예들의 성능은 특정 범위에서 더 나을 수 있음을 의미한다. 따라서 본 발명의 실시 예들에서는 특정 범위의 임계치들이 선택될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시 예에서는 SSD에 대한 쓰기 간섭 문제를 완화하고 홈 클라우드 서버에서 각 가상 머신의 I/O 성능에 대한 SLO를 만족시킬 수 있다. 종래의 저장 장치는 쓰기 패턴의 타입, 즉, 순차 쓰기 패턴 또는 랜덤 쓰기 패턴에 관계없이 플래시 메모리 상의 쓰기 요청을 반영한다. 이러한 이유로, 가상 머신이 순차 쓰기 패턴으로 쓰기 요청을 전송하더라도 스토리지는 랜덤 쓰기 패턴의 성능을 나타낼 수 있다. 반면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 저장 장치(140)는 쓰기 요청을 쓰기 버퍼에 할당하기 전에 쓰기 요청의 크기를 검사하고, 그 쓰기 요청의 크기에 따라 일부 쓰기 요청이 쓰기 버퍼를 우회하도록 만든다. 그렇게 함으로써, 순차 쓰기 패턴은 랜덤 쓰기 패턴에 의해 간섭받지 않을 수 있다. 실험 결과에 따르면, SSD와 같은 저장 장치의 성능에 부정적인 영향을 미치지 않으면서 I/O 성능의 SLO 측면에서 종래 방식보다 성능이 우수하다는 것을 알 수 있다.
상술한 본 발명의 실시 예들에 따른 가상화 시스템을 위한 저장 장치의 동작 방법은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현되는 것이 가능하다. 본 발명의 실시 예들에 따른 가상화 시스템을 위한 저장 장치의 동작 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 기록될 수 있다.
본 발명의 실시 예들에 따른 가상화 시스템을 위한 저장 장치의 동작 방법을 컴퓨터에 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 있어서, 가상 머신으로부터 쓰기 요청을 수신하는 단계, 상기 수신된 쓰기 요청의 크기를 기설정된 임계치와 비교하여 상기 수신된 쓰기 요청의 쓰기 패턴을 구별하는 단계, 및 상기 구별된 쓰기 패턴에 따라 상기 수신된 쓰기 요청을 서로 다르게 할당하는 단계를 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체가 제공될 수 있다.
컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체로는 컴퓨터 시스템에 의하여 해독될 수 있는 데이터가 저장된 모든 종류의 기록 매체를 포함한다. 예를 들어, ROM(Read Only Memory), RAM(Random Access Memory), 자기 테이프, 자기 디스크, 플래시 메모리, 광 데이터 저장 장치 등이 있을 수 있다. 또한, 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체는 컴퓨터 통신망으로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 읽을 수 있는 코드로서 저장되고 실행될 수 있다.
이상, 도면 및 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명의 보호범위가 상기 도면 또는 실시예에 의해 한정되는 것을 의미하지는 않으며 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.
구체적으로, 설명된 특징들은 디지털 전자 회로, 또는 컴퓨터 하드웨어, 펌웨어, 또는 그들의 조합들 내에서 실행될 수 있다. 특징들은 예컨대, 프로그래밍 가능한 프로세서에 의한 실행을 위해, 기계 판독 가능한 저장 디바이스 내의 저장 장치 내에서 구현되는 컴퓨터 프로그램 제품에서 실행될 수 있다. 그리고 특징들은 입력 데이터 상에서 동작하고 출력을 생성함으로써 설명된 실시예들의 함수들을 수행하기 위한 지시어들의 프로그램을 실행하는 프로그래밍 가능한 프로세서에 의해 수행될 수 있다. 설명된 특징들은, 데이터 저장 시스템으로부터 데이터 및 지시어들을 수신하기 위해, 및 데이터 저장 시스템으로 데이터 및 지시어들을 전송하기 위해 결합된 적어도 하나의 프로그래밍 가능한 프로세서, 적어도 하나의 입력 디바이스, 및 적어도 하나의 출력 디바이스를 포함하는 프로그래밍 가능한 시스템 상에서 실행될 수 있는 하나 이상의 컴퓨터 프로그램들 내에서 실행될 수 있다. 컴퓨터 프로그램은 소정 결과에 대해 특정 동작을 수행하기 위해 컴퓨터 내에서 직접 또는 간접적으로 사용될 수 있는 지시어들의 집합을 포함한다. 컴퓨터 프로그램은 컴파일된 또는 해석된 언어들을 포함하는 프로그래밍 언어 중 어느 형태로 쓰여지고, 모듈, 소자, 서브루틴(subroutine), 또는 다른 컴퓨터 환경에서 사용을 위해 적합한 다른 유닛으로서, 또는 독립 조작 가능한 프로그램으로서 포함하는 어느 형태로도 사용될 수 있다.
지시어들의 프로그램의 실행을 위한 적합한 프로세서들은, 예를 들어, 범용 및 특수 용도 마이크로프로세서들 둘 모두, 및 단독 프로세서 또는 다른 종류의 컴퓨터의 다중 프로세서들 중 하나를 포함한다. 또한 설명된 특징들을 구현하는 컴퓨터 프로그램 지시어들 및 데이터를 구현하기 적합한 저장 디바이스들은 예컨대, EPROM, EEPROM, 및 플래쉬 메모리 디바이스들과 같은 반도체 메모리 디바이스들, 내부 하드 디스크들 및 제거 가능한 디스크들과 같은 자기 디바이스들, 광자기 디스크들 및 CD-ROM 및 DVD-ROM 디스크들을 포함하는 비휘발성 메모리의 모든 형태들을 포함한다. 프로세서 및 메모리는 ASIC들(application-specific integrated circuits) 내에서 통합되거나 또는 ASIC들에 의해 추가될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 일련의 기능 블록들을 기초로 설명되고 있지만, 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
전술한 실시 예들의 조합은 전술한 실시 예에 한정되는 것이 아니며, 구현 및/또는 필요에 따라 전술한 실시예들 뿐 아니라 다양한 형태의 조합이 제공될 수 있다.
전술한 실시 예들에서, 방법들은 일련의 단계 또는 블록으로서 순서도를 기초로 설명되고 있으나, 본 발명은 단계들의 순서에 한정되는 것은 아니며, 어떤 단계는 상술한 바와 다른 단계와 다른 순서로 또는 동시에 발생할 수 있다. 또한, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 순서도에 나타난 단계들이 배타적이지 않고, 다른 단계가 포함되거나, 순서도의 하나 또는 그 이상의 단계가 본 발명의 범위에 영향을 미치지 않고 삭제될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
전술한 실시 예는 다양한 양태의 예시들을 포함한다. 다양한 양태들을 나타내기 위한 모든 가능한 조합을 기술할 수는 없지만, 해당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자는 다른 조합이 가능함을 인식할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 이하의 특허청구범위 내에 속하는 모든 다른 교체, 수정 및 변경을 포함한다고 할 것이다.
이상 도면 및 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명의 보호범위가 상기 도면 또는 실시예에 의해 한정되는 것을 의미하지는 않으며 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.
100: 가상화 시스템
110: 가상 머신
120: 하이퍼바이저
130: 호스트
140: 저장 장치
141: 제어부
142: 쓰기 버퍼
143: 메모리

Claims (22)

  1. 쓰기 버퍼 및 메모리가 구비된 저장 장치의 동작 방법에 있어서,
    가상 머신으로부터 쓰기 요청을 수신하는 단계;
    상기 수신된 쓰기 요청의 크기를 기설정된 임계치와 비교하여 상기 수신된 쓰기 요청의 쓰기 패턴을 구별하는 단계; 및
    상기 구별된 쓰기 패턴에 따라 상기 수신된 쓰기 요청을 서로 다르게 할당하는 단계를 포함하는 가상화 시스템을 위한 저장 장치의 동작 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수신된 쓰기 요청과 관련된 데이터가 상기 쓰기 버퍼에 저장되어 있으면, 상기 수신된 쓰기 요청을 상기 관련된 데이터의 저장 위치에 할당하는 단계를 더 포함하는 저장 장치의 동작 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 쓰기 버퍼에 잔여 용량이 있으면, 상기 수신된 쓰기 요청을 상기 쓰기 버퍼에 할당하는 단계를 더 포함하는 저장 장치의 동작 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 수신된 쓰기 요청의 쓰기 패턴을 구별하는 단계는,
    상기 쓰기 버퍼의 잔여 용량이 없으면, 상기 수신된 쓰기 요청의 크기를 기설정된 임계치와 비교하여 쓰기 패턴을 구별하는 저장 장치의 동작 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 수신된 쓰기 요청의 쓰기 패턴을 구별하는 단계는,
    상기 수신된 쓰기 요청의 크기가 기설정된 임계치를 초과하면, 상기 쓰기 패턴을 순차 쓰기 패턴(Sequential write pattern)으로 구별하는 저장 장치의 동작 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 수신된 쓰기 요청을 서로 다르게 할당하는 단계는,
    상기 구별된 쓰기 패턴이 순차적 쓰기 패턴이면, 상기 쓰기 버퍼를 우회하여 상기 수신된 쓰기 요청을 상기 메모리에 할당하는 저장 장치의 동작 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 수신된 쓰기 요청의 쓰기 패턴을 구별하는 단계는,
    상기 수신된 쓰기 요청의 크기가 기설정된 임계치 이하이면, 상기 쓰기 패턴을 랜덤 쓰기 패턴(Random write pattern)으로 구별하는 저장 장치의 동작 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 수신된 쓰기 요청을 서로 다르게 할당하는 단계는,
    상기 구별된 쓰기 패턴이 랜덤 쓰기 패턴이면, 상기 수신된 쓰기 요청을 상기 쓰기 버퍼를 할당하는 저장 장치의 동작 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 수신된 쓰기 요청을 서로 다르게 할당하는 단계는,
    상기 구별된 쓰기 패턴이 랜덤 쓰기 패턴이면, 상기 쓰기 버퍼에 미리 저장된 데이터를 삭제하고 상기 삭제된 데이터의 위치에 상기 수신된 쓰기 요청을 할당하는 저장 장치의 동작 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 수신된 쓰기 요청을 서로 다르게 할당하는 단계는,
    상기 구별된 쓰기 패턴이 랜덤 쓰기 패턴이고 상기 쓰기 버퍼가 LRU(Least Recently Used) 기반이면, 상기 쓰기 버퍼에서 LRU 위치에 있는 데이터를 삭제하고, 상기 삭제된 데이터의 LRU 위치에 상기 수신된 쓰기 요청을 할당하는 저장 장치의 동작 방법.
  11. 메모리;
    쓰기 버퍼; 및
    상기 쓰기 버퍼 및 상기 메모리를 관리하되, 가상 머신으로부터 수신된 쓰기 요청의 크기를 기설정된 임계치와 비교하여 상기 수신된 쓰기 요청의 쓰기 패턴을 구별하고, 상기 구별된 쓰기 패턴에 따라 상기 수신된 쓰기 요청을 서로 다르게 할당하는 제어부를 포함하는 가상화 시스템을 위한 저장 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 수신된 쓰기 요청과 관련된 데이터가 상기 쓰기 버퍼에 저장되어 있으면, 상기 수신된 쓰기 요청을 상기 관련된 데이터의 저장 위치에 할당하는 가상화 시스템을 위한 저장 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 쓰기 버퍼에 잔여 용량이 있으면, 상기 수신된 쓰기 요청을 상기 쓰기 버퍼에 할당하는 가상화 시스템을 위한 저장 장치.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 쓰기 버퍼의 잔여 용량이 없으면, 상기 수신된 쓰기 요청의 크기를 기설정된 임계치와 비교하여 쓰기 패턴을 구별하는 가상화 시스템을 위한 저장 장치.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 수신된 쓰기 요청의 크기가 기설정된 임계치를 초과하면, 상기 쓰기 패턴을 순차 쓰기 패턴(Sequential write pattern)으로 구별하는 가상화 시스템을 위한 저장 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 구별된 쓰기 패턴이 순차적 쓰기 패턴이면, 상기 쓰기 버퍼를 우회하여 상기 수신된 쓰기 요청을 상기 메모리에 할당하는 가상화 시스템을 위한 저장 장치.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 수신된 쓰기 요청의 크기가 기설정된 임계치 이하이면, 상기 쓰기 패턴을 랜덤 쓰기 패턴(Random write pattern)으로 구별하는 가상화 시스템을 위한 저장 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 구별된 쓰기 패턴이 랜덤 쓰기 패턴이면, 상기 수신된 쓰기 요청을 상기 쓰기 버퍼를 할당하는 가상화 시스템을 위한 저장 장치.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 구별된 쓰기 패턴이 랜덤 쓰기 패턴이면, 상기 쓰기 버퍼에 미리 저장된 데이터를 삭제하고 상기 삭제된 데이터의 위치에 상기 수신된 쓰기 요청을 할당하는 가상화 시스템을 위한 저장 장치.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 구별된 쓰기 패턴이 랜덤 쓰기 패턴이고 상기 쓰기 버퍼가 LRU(Least Recently Used) 기반이면, 상기 쓰기 버퍼에서 LRU 위치에 있는 데이터를 삭제하고, 상기 삭제된 데이터의 LRU 위치에 상기 수신된 쓰기 요청을 할당하는 가상화 시스템을 위한 저장 장치.
  21. 호스트 운영체제(Host operating system)에 의해 운영되는 호스트;
    상기 호스트 운영체제 위에 동작하는 게스트 운영체제(Guest operating system)에 의해 운영되는 가상 머신;
    상기 가상 머신과 상기 호스트 사이에 위치하고 상기 호스트 운영체제의 자원에 접근하는 게스트 운영체제를 제어하는 하이퍼바이저(hypervisor); 및
    쓰기 버퍼 및 메모리를 구비하고, 상기 가상 머신으로부터 상기 하이퍼바이저 및 상기 호스트를 통해 수신된 쓰기 요청의 크기를 기설정된 임계치와 비교하여 상기 수신된 쓰기 요청의 쓰기 패턴을 구별하고, 상기 구별된 쓰기 패턴에 따라 상기 수신된 쓰기 요청을 서로 다르게 할당하는 저장 장치를 포함하는 가상화 시스템.
  22. 쓰기 버퍼 및 메모리가 구비된 저장 장치의 동작 방법을 컴퓨터에 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 있어서,
    가상 머신으로부터 쓰기 요청을 수신하는 단계;
    상기 수신된 쓰기 요청의 크기를 기설정된 임계치와 비교하여 상기 수신된 쓰기 요청의 쓰기 패턴을 구별하는 단계; 및
    상기 구별된 쓰기 패턴에 따라 상기 수신된 쓰기 요청을 서로 다르게 할당하는 단계를 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
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