KR20230079530A - 엣지 스토리지 시스템 위한 고신뢰성 입출력 컨트롤러 구현 및 그 방법 - Google Patents
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Abstract
가혹한 외부 환경에서 운영되는 엣지 스토리지는 온도 및 전력의 안정성 측면에서 나타날 수 있는 제약에 대비한 안정된 입출력 서비스 제공해야 함. 본 발명에서는 컴퓨팅 전체 모듈에서 제공되는 각종 외부 센서의 데이터를 실시간 모니터링하면서 컨트롤러 장애를 사전 예측하고, 데이터 저널링 모드 및 캐시 관리기법을 제어하여 시스템의 비정상 동작에 대한 안정성을 확보함.
Description
본 발명은 가혹한 외부 환경에서 운영되는 엣지 시스템에서 온도 및 전력의 안정성 측면에서 나타날 수 있는 제약에 대비한 안정된 입출력 서비스 제공하기 위한 고신뢰성을 가지는 입출력 컨트롤러를 구현하는 것이다.
특히, 본 발명은 데이터의 저지연, 고속 저장 및 저전력 소모을 보장할 수 있도록 하는 엣지 스토리지에서 사용하는 입출력 컨트롤러를 구현하는 것이다.
본 발명에서의 입출력 컨트롤러는 기존의 스토리지 입출력 컨트롤러의 기능인 데이터 안정성 확보 및 데이터 속도 유지 기능에 추가하여 컴퓨팅 전체 모듈에서 제공되는 각종 외부 센서의 데이터를 실시간 모니터링하면서 컨트롤러 장애를 사전 예측하고, 데이터 저널링 모드 및 캐시 관리기법을 제어하여 시스템의 비정상 동작에 대한 안정성을 확보한다.
이와같은 기술은 엣지 시스템, 특히 실외에서 구동되는 소형화된 스토리지 시스템에서 러기드한 구조를 형성하는데 적용할 수 있다.
엣지 스토리지란 다양한 단말 기기에서 발생하는 데이터를 중앙 집중식 데이터센터로 보내지 않고 데이터가 발생한 현장 혹은 근거리에서 실시간 처리하는 방식으로 데이터 흐름 가속화를 지원하는 컴퓨팅 방식이다.
엣지 스토리지는 데이터가 기기에 직접 연결 또는 자체 접속 가능 영역에 있어서 네트워크 의존도를 낮추고 안정적으로 데이터 송수신 가능하고 기기와 데이터의 물리적 거리가 짧고 지역 데이터만 처리하므로 데이터센터에서 처리하는 것보다 빠른 연산과 응답이 가능하며, 기기 데이터의 대부분은 자체적으로 처리하고 데이터센터에는 필요한 데이터만 전송하여 데이터 전송 부하 및 보안 위협도 줄일 수 있는 장점을 가진다.
스토리지 입출력 컨트롤러는 스토리지의 핵심을 담당하는 부분으로 데이터를 안정적성을 위지하면서 빠른 입출력 속도를 유지할 수 있도록 하는 부분이다. 일반적인 스토리지 입출력 컨트롤러는 스토리지에 연결되는 각종 서버로 부터 요청되는 데이터와의 연결을 위한 서버 인터페이스와 내부의 스토리지들을 관리하고, 저장되는 데이터를 관리하는 파일 시스템 및 운영 체제를 탑재하는 관리 로직으로 구성되어 있으다. 현재는 스토리지의 활용도가 점차 높아지면서 스토리지 입출력 컨트롤러는 위의 핵심 기능 이외에 부가적인 기능들이 추가되면서 다양한 형태로 발전되고 있다.
기존 스토리지 입출력 컨트롤러에서 사용되는 안정화 기술은 IDC 와 같은 외부의 온도/습도/전원의 안정성이 보장되는 환경을 기반으로 설계/구현 되어있다. 따라서 안정적인 환경을 보장할 수 없는 곳에서는 적용 어렵다는 단점이 있다. 그 중에서 현재 그 요구가 점차 증가하고 있는 엣지 스토리지 분야에서는 특히 해결이 필요로 하는 문제점이다. 엣지 스토리지는 데이터가 발생하는 위치에 스토리지를 전진배치하여 데이터 처리를 빠르게 할 수 있도록 하는 장치인데 그 특성상 송전탑 및 도로와 같은 옥외의 엣지 환경 또는 각종 공장, 농장 등과 같은 작업 현장에 설치되는 경우가 많고, 이에 따라 기존의 스토리지 입출력 컨트롤러에서는 신뢰성을 보장하기 어렵다.
또한 입출력 컨트롤러에서 데이터 입출력 성능을 확보하기 위한 기술 중 하나인 스토리지 성능 프로비저닝 기능에 있어서 기존의 스토리지 입출력 컨트롤러에서 사용하는 프로비저닝의 경우에는 사전 관리자에 의해 지정된 설정에 의해 동작되도록 구성되어 있다. 이는 정형화된 환경 모델링이 가능한 기존의 스토리지 사용 환경에서는 가능하지만 시시 각각의로 환경이 변화하는 엣지 스토리지 사용환경에서는 외부 환경 변화에 따른 대응 기술이 부족하다.
이러한 가혹한 외부 환경에 노출되는 엣지 환경에서 이와 같은 문제점을 개선하기 위해 본 발명에서는 온/습도 센서 및 진동/전원 센서를 감지하여 변화에 따라 스토리지 컨트롤러의 성능과 신뢰성에 영향을 주는 기능을 동적으로 제어하여 고신뢰성 스토리지 컨트롤러를 구현한다.
이를 위해 본 발명에서는 스토리지 컨트롤러(110)를 발명하였다. 본 발명의 스토리지 컨트롤러는 기존의 일반적인 스토리지 컨트롤러에서 사용되는 스토리지 캐시 제어 기능에 컨트롤러 정책에 따라 캐시 정책을 수정하고, 장애시 데이터 정합성 보장기능을 강화한 스토리지 캐시 제어부(150)에 엣지 스토리지가 설치되는 곳의 동적으로 변화하는 환경을 측정하는 외부환경 센서 감지부(120) 및 컴퓨팅 시스템 구동이 필요한 전력 자원의 상태를 수집하여 스토리지 내부의 컴퓨팅 자원을 효율적으로 사용할 수 있도록 하는 전력자원 제어부(140), 수집된 환경정보를 바탕으로 내부 정책 테이블을 생성하고 이를 통하여 스토리지를 컨트롤 할 수 있는 제어 신호를 생성하는 컨트롤러 정책 판단부(130)를 추가하여 엣지 스토리지가 다양한 환경에 적응 가능하도록 하였다.
외부 환경 센서 감지부(120)는 스토리지의 내부 디바이스 및 외부 환경을 온도센서(200), 전압센서(210), 진동센서(220)를 통하여 센서 수집부(121)에서 수집하고, 수집된 데이터를 센서 분석부(122)에서 분석하며, 이를 내부에 설정된 임계치 테이블(123) 데이터와 비교하여 이벤트를 생성하고, 이를 컨트롤러 이벤트 전송부(124)를 통하여 컨트롤러 정책 판단부에 보내서 정책을 판단할 수 있도록 하게 설계하였다.
컨트롤러 정책 판단부(130)는 외부 환경센서 감지부에서 데이터를 수신하는 컨트롤러 이벤트 수집부(131)와 수신된 데이터를 분석하는 이벤트 분석부(132), 그리고 분석된 이벤트를 비교하는 정책 테이블(133) 그리고 비교된 결과 수립된 정책을 전력자원 제어부에 전송하는 전력자원 제어 요청부(134), 그리고 스토리지 캐시 제어부에 전송하는 스토리지 캐시 제어 요청부(135)로 구성되도록 발명하였다.
전력자원 제어부(140)는 컨트롤러 정책 판단부에서 이벤트를 수신하여 내부 리소스를 관리하는 제어 처리부(141)와 제어처리부에서 처리된 이벤트를 수신하여 각각의 리소스를 관리하는 CPU 제어부(142), Mem 제어부(143), FAN 제어부(144), DISK 제어부(145)로 구성되도록 발명하였다.
마지막으로 스토리지의 캐시 제어부(150)는 스토리지의 캐시를 제어하여 데이터 성능을 일정하게 유지하고 데이터의 안정성을 보장하기 위하여 컨트롤러 정책 판단부에서 이벤트를 수신하여 내부 메모리 및 정책을 관리하는 제어 처리부(151)와 수신된 이벤트를 분석하여 캐시로 사용하는 NVRAM을 관리하는 NVRAM 제어부 (152), 저널 모드를 관리하는 저널모드 제어부(153) 그리고 Write 캐시 정책을 관리하는 Write 캐시 제어부(154)로 구성하도록 발명하였다.
본 발명의 주된 효과는 기존 스토리지 기능에 외부 환경 데이터를 가지고 스토리지를 제어하여 데이터의 입출력 성능을 보장하면서도 데이터의 안정성을 확보할 수 있도록 하여, 스토리지를 다양한 외부환경에서 사용가능하도록 하였으며, 이를 엣지 스토리지에 적용할 수 있다는데 있다.
현재 스토리지는 IDC 와 같은 외부의 온도/습도/전원의 안정성이 보장되는 환경을 기반으로 설계/구현 되어있다. 따라서 안정적인 환경을 보장할 수 있는 곳에서는 적용 어렵다는 단점이 있다.
본 발명의 스토리지 컨트롤러는 이러한 단점을 보안할 수 있으며, 이를 엣지 스토리지에 결합하여 다양한 엣지 환경에서 스토리지를 활용할 수 있도록 하였다. 이에 따라 전반적인 산업현장에 끼치는 파급효과가 크다고 할 수 있다.
도 1은 본 발명인 스토리지 입출력 컨트롤러(110)로 내부에 외부 환경 센서 감지부와 컨트롤러 정책 판단부, 전력자원 제어부, 스토리지 캐시 제어부로 구성되어 있으며, 외부에 환경 정보를 수집하기 위해, 온도센서, 전압센서, 전동센서를 가지고 있다.
도 2는 외부 환경 센서 감지부(120)로 엣지 스토리지 모듈은 CPU 및 NVMe 등 디바이스의 온도/습도/전원/전압 센서(200,210,220)를 장착하고 있으며, BMC를 통해 모니터링 되며, ipmievd와 같은 표준 인터페이스를 통해 이벤트를 감지하도록 구성되어 있다.
도 3은 컨트롤러 정책 판단부(130)이다. 이는 외부 환경 센서 감지부(120)에서 발생한 임계치를 모니터링하여 내부의 정책테이블을 통해 전력 자원 제어부(140) 및 스토리지 컨트롤러 캐시 처리부(150)에 스토리지 안정성을 위한 제어 요청 수행한다.
도 4는 전력 한계제어 정책에 따른 자원제어부(140)이며, 이 부분은 불안정한 전력운영 환경 하에 엣지 디바이스데이터의 정합성을 보호하고 안정적인 시스템 운영 보장을 위해 전력제어 정책을 반영한다. 이를 통하여 엣지 스토리지 모듈이 사용가능한 전력과 제어 가능한 디바이스의 뷰와 설정제어를 구현한다.
도 5는 외부 환경이 임계치 이상으로 도달할 때, 저널링 모드를 메타데이터와 데이터 모두 수행하고 캐시 정책을 write through로 변경하여 장애 시 데이터 정합성 보장을 강화하는 스토리지 컨트롤러 캐시 처리부(150)에 대한 블록도이다.
도 2는 외부 환경 센서 감지부(120)로 엣지 스토리지 모듈은 CPU 및 NVMe 등 디바이스의 온도/습도/전원/전압 센서(200,210,220)를 장착하고 있으며, BMC를 통해 모니터링 되며, ipmievd와 같은 표준 인터페이스를 통해 이벤트를 감지하도록 구성되어 있다.
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도 4는 전력 한계제어 정책에 따른 자원제어부(140)이며, 이 부분은 불안정한 전력운영 환경 하에 엣지 디바이스데이터의 정합성을 보호하고 안정적인 시스템 운영 보장을 위해 전력제어 정책을 반영한다. 이를 통하여 엣지 스토리지 모듈이 사용가능한 전력과 제어 가능한 디바이스의 뷰와 설정제어를 구현한다.
도 5는 외부 환경이 임계치 이상으로 도달할 때, 저널링 모드를 메타데이터와 데이터 모두 수행하고 캐시 정책을 write through로 변경하여 장애 시 데이터 정합성 보장을 강화하는 스토리지 컨트롤러 캐시 처리부(150)에 대한 블록도이다.
본 발명의 실시 예는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한 내용이며, 여러 실시 예중의 하나로, 이 외에도 다른 실시 예가 있을 수 있다.
이하의 실시 예는 도 1의 스토리지 컨트롤러 구조를 바탕으로 각 데이터의 흐름에 따라 각 구성 부분의 구동 내용에 대하여 서술한다.
우선 스토리지 컨트롤러는 온도센서(200), 전압센서(210), 진동센서(220)을 통하여 외부 환경 데이터를 수집한다. 수집된 데이터는 외부환경 센서 감지부(120)에 있는 센서 수집부(121)로 들어간다. 여기서는 센서로 부터 수집된 환경 정보를 실제 분석할 수 있도록 전처리 과정이 들어간다. 예를 들어 온도센서를 통하여 들어온 전압 신호를 그에 대응하는 온도값으로 변경하던가 또는 진동센서에서 들어온 전류 값을 진동값으로 변환하든지 하는 작업을 한다.
이렇게 수집된 데이터는 센서 분석부(123)에서 패턴을 분석하고 또는 데이터의 평균값과 표준편차를 구하고, 데이터의 연관성을 판단하던지 하는 등의 데이터 분석을 한고, 이를 미리 설정한 임계치 테이블(123)을 통하여 전원 주의, 전원 이상, 온도 이상, 온도 주의, 진동 이상, 진동 주의 등과 같은 상태 데이터를 만들어 컨트롤러 이벤트 전송부(124)를 통하여 컨트롤러 정책 판단부에 전송한다.
컨트롤러 정책 판단부(130)에서는 위의 외부환경 센서 감지부에서 생성된 상태 데이터를 컨트롤러 이벤트 수집부(131)에서 수집하여 이 상태 데이터를 이벤트 분석부(132)에서 분석한다. 그리고 분석된 결과를 가지고 정책 테이블(133)을 활용하여 각 요소를 제어할 제어 데이터를 생성한다. 여기서 제어가 필요한 경우에 따라 전력 자원 제어신호와 스토리지 캐시 제어 신호를 생성하고 각각의 요청부를 통하여 제어신호를 전송한다.
이렇게 전송된 신호는 우선 전력자원 제어 신호의 경우 전력 자원 제어부 (140)의 제어 처리부(141)에서 수신되어 CPU Clock, Memory 속도, FAM RPM, DISK ON/OFF 등의 제어 상태를 생성하여 각각의 제어부를 통하여 제어 하도록 한다. 이때 각 부분과 관련된 제어신호는 스토리지의 사용 용도와 환경에 따라 초기에 설정하며, 필요에 따라 동적으로 변경 가능하도록 하며, 차후 AI 학습 엔진을 통하여 학습 할 수 도 있다.
다음으로 전송된 신호인 스토리지 캐시 제어 신호는 스토리지 캐시 제어부 (150)의 제어 처리부(151)에서 수신되어 내부의 NVRAM 과 저널 모드 그리고 Write 캐시 정책을 제어할 신호로 만들어진다. 기본적인 엣지 스토리지 동작 상태에서 Write의 경우 캐시 정책을 NVRAM 캐시를 활용하여 데이터를 빠르게 수신하고 이를 저널링하며, 주기적으로 플래싱을 통하여 데이터를 영구적인 저장장치에 저장하는 동작을 한다. 하지만 외부 환경이 불안정하면, 즉 온도가 올라가거나 또는 진동이 심하든가 전력이 부족하던가 하는 상황이 감지되면, 성능적으로 저하를 시키면서, 캐시에 데이터를 저장하지 않고 바로 영구적인 저장장치에 저장시켜서 데이터의 안정성을 높이고, 이와 관련된 저널 모드 조정 및 NVRAM 캐시 관리를 실행하여 데이터의 안정성을 높인다.
110 엣지 시스템을 위한 고신뢰성 입출력 컨트롤러
200, 210, 220 외부 환경 데이터 수집을 위한 온도 전압 진동 센서
120 외부 환경센서 데이터 수신을 위한 센서 감지부
121 센서에 직접 연결하여 데이터를 수신하는 센서 수집부
122 센서 데이터를 분석하는 분석부
123 센서데이터와 비교하여 상태 설정을 위한 임계치 테이블
124 분석결과를 전송하기 위한 컨트롤러 이벤트 전송부
130 스토리지 정책 수립을 위한 정책 판단부
131 센서 감지부의 상태 데이터를 수신하는 컨트롤러 이벤트 수집부
132 상태 데이터를 분석하여 이벤트를 생성하는 이벤트 분석부
133 이벤트 생성에 사용되는 정책 테이블
134 전력 관련 이벤트를 전송하는 전력자원제어요청부
135 캐시 정책 관련 이벤트를 전송하는 스토리지 캐시 요청부
140 전력 상태에 따라 내부 컴퓨팅 리소스를 제어하는 전력 자원 제어부
141 정책 판단부로부터 이벤트 데이터를 가져오는 제어 처리부
142, 143, 144, 145 전력관리가 필요한 컴퓨팅 리소스(CPU, Memory, FAN, DISK) 각각을 제어하는 제어부
150 스토리지의 데이터 흐름을 관리하고, 신뢰성을 높이기 위한 스토리지 캐시 제어부
151 정책 판단부로부터 이벤트 데이터를 가져오는 제어 처리부
152 이벤트 데이터에 따라 NVRAM을 제어하는 NVRAM 제어부
153 저널링에 사용되는 모드를 제어하는 저널 모드 제어부
154 캐시의 Write 정책을 제어하는 Write 캐시 제어부
200, 210, 220 외부 환경 데이터 수집을 위한 온도 전압 진동 센서
120 외부 환경센서 데이터 수신을 위한 센서 감지부
121 센서에 직접 연결하여 데이터를 수신하는 센서 수집부
122 센서 데이터를 분석하는 분석부
123 센서데이터와 비교하여 상태 설정을 위한 임계치 테이블
124 분석결과를 전송하기 위한 컨트롤러 이벤트 전송부
130 스토리지 정책 수립을 위한 정책 판단부
131 센서 감지부의 상태 데이터를 수신하는 컨트롤러 이벤트 수집부
132 상태 데이터를 분석하여 이벤트를 생성하는 이벤트 분석부
133 이벤트 생성에 사용되는 정책 테이블
134 전력 관련 이벤트를 전송하는 전력자원제어요청부
135 캐시 정책 관련 이벤트를 전송하는 스토리지 캐시 요청부
140 전력 상태에 따라 내부 컴퓨팅 리소스를 제어하는 전력 자원 제어부
141 정책 판단부로부터 이벤트 데이터를 가져오는 제어 처리부
142, 143, 144, 145 전력관리가 필요한 컴퓨팅 리소스(CPU, Memory, FAN, DISK) 각각을 제어하는 제어부
150 스토리지의 데이터 흐름을 관리하고, 신뢰성을 높이기 위한 스토리지 캐시 제어부
151 정책 판단부로부터 이벤트 데이터를 가져오는 제어 처리부
152 이벤트 데이터에 따라 NVRAM을 제어하는 NVRAM 제어부
153 저널링에 사용되는 모드를 제어하는 저널 모드 제어부
154 캐시의 Write 정책을 제어하는 Write 캐시 제어부
Claims (5)
- 엣지 스토리지가 사용되는 실외 환경 등 데이터의 안정성을 보장하고, 환경에 적응 가능하며, 스토리지 성능을 보장할 수 있는, 외부 환경센서와 외부 환경 센서 감지부, 컨트롤러 정책 판단부, 전력자원 제어부, 스토리지 캐시 제어부로 구성된 스토리지 컨트롤러
- 상기 1항에 있어서
외부 센서와 연결하여 센서 데이터를 수집하는 센서 수집부와 수집된 데이터를 분석하는 센서 분석부, 그리고 비교분석에 사용되는 임계치 테이블과 컨트롤러 이벤트 전송부를 가지고 있는 외부 환경 감지부
- 상기 1항에 있어서
상기 2항의 외부환경 감지부와 연결하여 외부환경 분석 데이터를 수신하는 컨트롤러 이벤트 수집부와, 데이터를 분석하여 컨트롤러 제어 정책을 생성하는 이벤트 분석부, 컨트롤러 제어 데이터 생성에 사용되는 정책 테이블 및 생성된 제어 데이터를 전송하는 전력자원제어 요청보와, 스토리지 캐시 제어 요청부를 포함하는 컨트롤러 정책 판단부 - 상기 1항에 있어서
상기 3항의 컨트롤러 정책판단부와 연결하여 제어 데이터를 수신하는 제어 처리부와 CPU를 제어하는 CPU 제어부, Memory를 제어하는 Mem 제어부, FAN 상태를 제어하는 FAN 제어부, DISK를 관리하는 DISK 제어부를 포함하는 컴퓨팅 자원을 관리하고 제어하는 전력자원 제어부
- 상기 1항에 있어서
상기 3항의 컨트롤러 정책판단부와 연결하여 제어 데이터를 수신하는 제어 처리부와 캐시를 위한 NVRAM을 제어하는 NVRAM 제어부, 저널링 모드를 제어하는 저널모드 제어부, 캐시 정책을 제어하는 Write 캐시 제어부를 포함하는 스토리지 캐시 제어부
Priority Applications (2)
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