일반 플래시 SSD를 이용한 지속형 읽기/쓰기 캐시
A Persistent Read/Write Cache using General Flash-based SSDs
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초록
플래시 기반 SSD는 램과 하드디스크 사이의 2차 캐시로서 적은 비용으로 스토리지 시스템의 성능을 크게 향상 시킬수 있다. 하지만 기존 기술들은 SSD의 비휘발성 특성을 활용하지 못하고 읽기 캐시만을 제공함으로써 쓰기에 대한성능을 향상시키지 못하였다. 기존의 캐시 정책들은 읽기 캐시만 지원하기 때문에 쓰기캐시를 위해서는 완전히 새로운 형태의 캐시 정책이 연구되어야 한다. 쓰기 캐시가 가능하려면 캐시의 메타데이터를 정전에도 일관성이 유지될 수있도록 설계되어야 한다. 본 논문은 일반 플래시 SSD를 이용한 일관성 있는 지속형 읽기/쓰기 캐시를 제시한다. 이방법은 읽기뿐만 아니라 쓰기 요청도 SSD에 캐싱될 수 있게 하고; 정전 및 시스템기능정지 대해서 데이터 일관성과무결성을 보장하고; 낮은 오버헤드를 가지며; 시장에서 구할 수 있는 일반 플래시 기반 SSD를 사용하고; 데이터의시근성(recency)과 사용빈도(frequency)를 고려하고; 정전 후에도 캐싱된 데이터가 지속 가능하게 한다. 우리는제안한 기술을 리눅스에서 구현하였으며 실제 여러 사용자로부터 장시간의 워크로드를 수집하여 성능을 측정하였다. 읽기 요청만 캐싱하는 기존 기술에 비하여 제안하는 지속형 읽기/쓰기 캐시는 약 두 배의 성능향상을 보인다.
Abstract
The flash-based SSD can improve the performance of storage systems at a low cost as a secondcache between RAM and hard disk drives. However, traditional schemes do not utilize thenon-volatility of SSD thus support only read cache and cannot improve the write performance. Weneed to investigate new cache architecture for a write cache that is totally different from thetraditional read-only cache. To make the write cache possible, the cache must consistently manageits meta-data even in the event of crash or sudden power-off. This paper presents a consistent andpersistent read/write cache using a general flash-based SSD. The scheme allows write requests tobe cached in a SSD; ensures consistency and data integrity for crashes and power failures;considers both recency and frequency of data; and persistently retains cached data and meta dataeven after power failures. We implemented the proposed scheme in a Linux kernel. We aggregateda long-term workload from multiple users and evaluated the system using the real workloads. Our read/write cache shows two times better performance than a traditional cache scheme that cannotcache write requests.
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