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KR101750744B1 - 쓰기 전 로깅 연산 장치 및 방법 - Google Patents

쓰기 전 로깅 연산 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 쓰기 전 로깅 연산 장치 및 방법에 대하여 개시한다. 본 발명의 일면에 따른 쓰기 전 로깅 연산 장치는, 커밋(Commit) 연산에 따라 갱신될 데이터가 저장되는 로그 영역 및 원본 데이터가 저장되는 데이터 영역으로 논리적으로 구분되는 저장 공간을 가지며, 내부 데이터 복사 기능을 제공하는 저장 매체; 및 체크포인트 연산 시점에 상기 갱신될 데이터가 상기 데이터 영역의 원본 데이터 위치에 갱신되도록 지시하는 내부 복사 명령을 상기 저장 매체로 지시하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

쓰기 전 로깅 연산 장치 및 방법{Apparatus and Method for Operating Write-Ahead-Logging}
본 발명은 데이터 로깅 기법에 관한 것으로서, 더 구체적으로는 커밋(commit) 및 체크포인트(checkpoint) 연산을 포함하는 쓰기 전 로깅 연산 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 파일 시스템은 예기치 못한 오류로 인한 데이터 일관성이 손상되는 것을 방지하기 위하여 쓰기 전 로깅 기법(Write-Ahead-Logginf) 기법을 사용한다.
구체적으로, 원자적 트랜잭션(Atomic transaction)에서 데이터 갱신(변경)이 발생할 때는 변경 사항을 원본 데이터에 바로 적용하지 않고, 로그 영역에 기록한 후 트랜잭션이 모두 완료되면, 원본 데이터에 변경내용을 반영한다.
종래의 파일 시스템은 호스트의 메인 메모리와 스토리지로 구성된 계층적 메모리 구조로서, 스토리지 영역에는 원본 데이터가 저장된 영역과 로그 파일이 저장되는 영역이 분할 할당되어 있다.
이 같이, 메인 메모리는 기본적으로 운영체제(커널)에 의해 페이지 캐시 형태로 관리되고, 저장 영역의 일부를 고유의 버퍼 영역으로 활용한다. 이때, 버퍼 영역은 데이터를 갱신하기 이전에 갱신될 데이터를 적재하는데 사용되며, 페이지(Page) 단위로 나누어 관리되므로, 적재되는 데이터도 페이지 단위로 적재된다.
파일 시스템에서 원본 데이터의 수정은 커밋(Commit)과 체크포인트(Checkpoint) 두 단계로 나눠서 수행된다.
먼저, 커밋이란 운영체제가 변경된 페이지를 커널 페이지 캐시(Kernel Page Cache) 안의 버퍼 영역(DB buffer)에 기록하고, 기록이 완료되면 저장 매체(Secondary Storage)의 로그 영역(Log file)에 로그 파일(Log file)을 다시 기록하는 것을 말한다.
다음으로, 로그 파일의 데이터가 데이터 원본 파일로 직접 쓰이는 시점을 체크포인트라 한다.
체크포인트가 발생하면, 운영체제는 저장 매체(Secondary storage)의 로그 파일을 메인 메모리(Kernel page cache)의 버퍼 영역(DB buffer)에 적재한 후 다시 저장 매체(Secondary storage)의 파일(file)에 쓰기 한다(체크포인트 연산).
로그 파일의 데이터를 메인 메모리로 적재하려 할 때, 운영 체제는 커밋 이후 메인 메모리에 남아있는 데이터를 실제 물리적인 스토리지 접근을 통해 다시 메인 메모리로 읽어와야 한다. 이러한 일련의 과정들은 저장 매체(Secondary storage)로의 입출력을 이중으로 유발하여 상당한 오버헤드를 유발시킨다. 다시 말해, 체크포인트 시점에 로그 파일의 데이터가 저장 매체(Secondary storage)에 있음에도 운영 체제는 원본 데이터에 반영하기 위해 로그 파일의 데이터를 메인 메모리(Kernel page cache)의 버퍼 영역(DB buffer)에 적재하였다가 다시 읽어서 저장 매체(Secondary storage)에 쓰는 작업을 수행해야 하기 때문이다.
이에, 종래의 파일 시스템은 이러한 비효율성으로 인해 데이터 접근 속도 저하, 전력 소모 및 캐시 오염(Cache Pollution) 등의 문제를 야기할 수 있다.
이처럼 파일 시스템에서 저널링 기법을 사용하기 때문에 비효율성이 발생하는 문제점이 있다.
한국공개특허 2014-0118519(공개일자 2014년 10월 08일)
본 발명은 전술한 바와 같은 기술적 배경에서 안출된 것으로서, 개선된 체크포인트 연산을 사용하는 쓰기 전 로깅 연산 장치 및 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일면에 따른 쓰기 전 로깅 연산 장치는, 커밋(Commit) 연산에 따라 갱신될 데이터가 저장되는 로그 영역 및 원본 데이터가 저장되는 데이터 영역으로 논리적으로 구분되는 저장 공간을 가지며, 내부 데이터 복사 기능을 제공하는 저장 매체; 및 체크포인트 연산 시점에 상기 갱신될 데이터가 상기 데이터 영역의 원본 데이터 위치에 갱신되도록 지시하는 내부 복사 명령을 상기 저장 매체로 지시하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 내부 복사 명령은 상기 갱신될 데이터가 저장된 제1 논리블록주소, 상기 원본 데이터 위치의 제2 논리블록주소 및 상기 갱신될 데이터와 대응되는 원본 데이터의 정보를 포함할 수 있다.
그리고 저장 매체는 상기 제1 논리블록주소에 저장된 상기 갱신될 데이터를 상기 제2 논리블록주소로 복사함에 따라 상기 제2 논리블록주소에 저장된 상기 원본 데이터를 갱신할 수 있다.
상기 제어부는 상기 내부 복사 명령을 송신한 후 상기 저장 매체로부터 복사완료를 보고받을 때까지 대기하거나, 상기 저장 매체로부터 상기 복사완료의 보고를 기다리지 않고 다른 트랜잭션을 수행할 수 있다.
한편, 제어부는 상기 저장 매체로부터 상기 내부 복사 명령에 대해 실패를 보고받으면, 상기 내부 복사 명령을 재송신할 수 있다.
본 발명의 다른 면에 따른 제어부에 의한 자체 복사 기능을 갖는 저장 매체를 이용한 쓰기 전 로깅 연산 방법은, 커밋(Commit) 연산이 완료되면, 저장 매체의 로그 영역 내 갱신될 데이터의 주소 및 상기 저장 매체의 데이터 영역의 원본 데이터의 주소를 확인하는 단계; 및 상기 저장 매체로 상기 갱신될 데이터의 저장 주소에서 상기 원본 데이터의 저장 주소로의 데이터 복사를 지시하는 내부 복사 명령을 송신하는 단계를 포함하며, 상기 내부 복사 명령은 상기 저장 매체의 일 주소 내 데이터를 다른 주소로 복사하는 기능을 지시하는 명령을 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 내부 복사 명령은 상기 로그 영역 내 상기 갱신될 데이터의 논리블록주소와 각기 대응되는 상기 데이터 영역 내 원본 데이터의 논리블록주소 및 그 복사 명령을 포함할 수 있다.
또한, 전술한 단계는 명령을 송신한 후 상기 저장 매체로부터 복사완료를 보고받을 때까지 대기하는 단계; 또는, 상기 명령을 송신한 후 상기 저장 매체로부터의 복사완료 보고를 기다리지 않고 다른 트랜잭션을 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 체크포인트 연산시의 소프트웨어 부하를 줄일 수 있다.
도 1은 종래의 쓰기 전 로깅 연산 과정을 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 쓰기 전 로깅 연산 장치를 도시한 구성도.
도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 커밋 연산 과정을 도시한 도면.
도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 체크포인트 연산 과정을 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 쓰기 전 로깅 연산 방법을 도시한 흐름도.
본 발명의 전술한 목적 및 그 이외의 목적과 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이제 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 쓰기 전 로깅 연산 장치를 도시한 구성도이고, 도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 커밋 연산 과정을 도시한 도면이고, 도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 체크포인트 연산 과정을 도시한 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 쓰기 전 로깅 연산 장치는 저장 매체(230), 메인 메모리(220) 및 제어부(210)를 포함한다. 여기서, 쓰기 전 로깅 연산을 수행하는 장치는 저널링 기법을 사용하는 파일 시스템(File System)일 수도 있다.
저장 매체(230)는 원본 데이터가 저장된 데이터 영역(232)과 로그 데이터가 저장되는 로그 영역(231)을 포함한다. 여기서, 로그 데이터는 원본 데이터에서 변경될 내용을 포함하는 갱신할 데이터의 내용을 페이지 단위로 기록한 데이터일 수 있다.
저장 매체(230)는 내부 복사 명령에 따라 내부 논리블록 간의 복사 기능을 제공하는 저장 수단일 수 있다.
예컨대, 저장 매체(230)는 하드디스크, SSD(Solid State Disk or Solid State Drive) 및 플래시 메모리를 기반으로 하되, 내부 논리블록 간의 복사 기능을 수행가능한 프로세서를 내장한 데이터 저장 장치 등일 수 있다.
메인 메모리(220)는 버퍼 영역(221)을 포함하는 메모리로서, 예컨대, RAM 등의 고속 랜덤 액세스가 가능한 휘발성 소자(또는, 비휘발성 소자)일 수 있다.
여기서, 버퍼 영역(221)은 저장 매체(230)의 데이터 영역(232)에 원본 데이터를 변경하는데 사용되는 영역일 수 있다. 통상, 버퍼 영역(221)은 커널 페이지 캐시라고 불리기도 한다.
제어부(210)는 커밋 연산 및 체크포인트 연산을 포함하는 트랜잭션을 수행하는 적어도 하나의 프로세싱 유닛일 수 있다. 이러한, 제어부(210)는 적어도 하나의 프로세싱 유닛을 포함할 수 있다. 예를 들어, 프로세싱 유닛은 중앙처리장치(CPU), 그래픽처리장치(GPU), 마이크로프로세서, 주문형 반도체(Application Specific Integrated Circuit, ASIC), Field Programmable Gate Arrays(FPGA) 등을 포함할 수 있으며, 복수의 코어를 가질 수 있다. 메모리는 휘발성 메모리(예를 들어, RAM 등), 비휘발성 메모리(예를 들어, ROM, 플래시 메모리 등) 또는 이들의 조합일 수 있다.
여기서, 제어부(210)는 운영체제 또는 응용 프로그램의 실행에 의해 쓰기 전 로깅 연산을 수행할 수 있다.
이때, 제어부(210)는 커밋 연산 및 체크포인트 연산의 두 단계로 저장 매체(230)에 원본 데이터를 갱신하는 쓰기 트랜잭션을 수행한다.
도 3a를 참조하면, 제어부(210)는 커밋 연산시에 저장 매체(230)의 변경할 내용을 페이지 단위로 메인 메모리(220)의 버퍼 영역(221)에 적재하고, 변경될 페이지가 모두 버퍼 영역(221)에 기록완료되면, 요청된 새로운 데이터로 수정한다. 이 같은 데이터 변경 후 일정 시간이 지나거나 즉시 영구적으로 데이터를 저장하라는 요청이 발생하면, 제어부(210)는 커밋 연산을 수행한다. 제어부(210)는 커밋 연산에 따라 버퍼 영역(221)의 내용을 저장 매체(231) 내 로그 영역(231)으로 쓰기 요청한다. 이는 종래의 커밋 연산과 동일 또는 유사하므로 그에 대한 더 이상의 설명은 생략한다.
여기서, 제어부(210)는 커밋 연산을 수행하기 전 또는 중에 원본 데이터의 논리블록주소(Logical Block Address, 예컨대, 섹터(sector) 단위) 및 로그 영역(231) 내 갱신될 데이터의 논리블록주소를 파악할 수 있다.
제어부(210)는 커밋(Commit) 연산 완료 후 로그 영역(231)의 데이터를 데이터 영역(232)의 원본 데이터의 위치에 갱신(적용)하는 체크포인트(Check point) 연산 시점에, 로그 영역(231) 내 갱신될 데이터가 데이터 저장 영역의 원본 데이터 위치로 갱신되도록 지시하는 내부 복사 명령을 저장 매체(230)로 송신한다.
여기서, 저장 매체(230)로 송신되는 내부 복사 명령은 갱신될 데이터의 논리블록주소(A1), 원본 데이터의 논리블록주소(A2), 갱신될 데이터와 원본 데이터의 대응관계(상호 복사될 논리블록주소 A1과 논리블록주소 A2)에 대한 복사지시를 포함할 수 있다(도 3b).
예컨대, 로그 영역(231)의 제1 내지 제3 논리블록주소에 저장된 a, b, c가 데이터 영역(232)의 제4 내지 제6 논리블록주소에 저장된 A, B, C에 갱신되어야 할 경우, 제어부(210)는 제1 주소의 데이터 a를 제4 논리블록주소에 복사하고, 제2 주소의 데이터 b를 제5 논리블록주소에 복사하고, 제3 주소의 데이터 c를 제6 논리블록주소에 복사할 것을 지시하는 내부 복사 명령을 송신할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예는 체크포인트 연산시에 스토리지 내부 복사 연산을 사용하여 종래의 체크포인트 연산시에 저장 매체에 저장된 로그 데이터를 다시 메인 메모리에 썼다가 다시 저장 매체에 옮김에 따라 불필요한 입출력 트래픽이 발생하던 문제점을 개선할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예는 체크포인트 연산시에 불필요한 입출력 트래픽을 감소시킴에 따라 스토리지 성능을 향상시키고, 데이터 송수신에 사용되던 에너지 소모를 절감할 수 있으며, 소프트웨어 오버헤드도 감소시킬 수 있다.
이하, 도 4를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 쓰기 전 로깅 연산 방법에 대하여 설명한다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 쓰기 전 로깅 연산 방법을 도시한 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 제어부(210)는 파일 시스템에 저장된 데이터의 갱신을 요하는 쓰기 트랜잭션이 발생하는지를 확인한다(S410).
제어부(210)는 쓰기 트랜잭션이 발생하면, 변경될 데이터를 페이지 단위로 메인 메모리(220)의 버퍼 영역(221)에 적재한다(S420).
변경될 데이터가 메인 메모리(220)의 버퍼 영역(221)에 적재완료되면, 데이터를 쓰기 요청에 따라 변경하고, 일정시간이 지나거나 명시적인 커밋 요청 발생 시, 제어부(210)는 버퍼 영역(221)의 데이터를 저장 매체(230)의 로그 영역(231)으로 순차적으로 쓰기 요청한다(S430).
버퍼 영역(221)의 데이터가 로그 영역(231)으로 쓰기 완료되면, 체크포인트 연산을 위해서 제어부(210)는 버퍼 영역(221)의 변경될 데이터를 데이터 영역(232)의 원본 데이터의 위치로 변경할 것을 지시하는 내부 복사 명령을 저장 매체(230)로 송신한다(S440). 이때, 체크포인트는 로그 영역(231)에 쓰기 완료된 시점 이후부터 수행 가능하며, 일정 시간이 지난 후에 실행될 수도 있다.
이후, 제어부(210)는 저장 매체(230)로부터 내부 복사 명령에 대응하는 응답(명령 수행 결과)을 기다린다(S450). 여기서, 제어부(210)는 저장 매체(230)로부터 복사완료를 보고받기 전까지 다른 작업을 수행할 수 있으며(비동기 방식), 다른 작업을 수행하지 않고 대기(동기 방식)할 수 있다.
수신된 명령 수행 결과가 실패로 나타내는 경우, 제어부(210)는 쓰기 트랜잭션이 실패했다고 판단하고, 저장 매체(230)로 내부 복사 명령을 재송신할 수 있다. 이때, 제어부(210)는 커밋 연산부터 재수행할 수도 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예는 체크포인트 연산에서 데이터 입출력 트래픽을 줄임에 따라 저장 매체의 성능을 향상시키고, 에너지 소모 및 소프트웨어 오버헤드를 감소시킬 수 있다.
이상, 본 발명의 구성에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 변형과 변경이 가능함은 물론이다. 따라서 본 발명의 보호 범위는 전술한 실시예에 국한되어서는 아니되며 이하의 특허청구범위의 기재에 의하여 정해져야 할 것이다.
210: 제어부 220: 메인 메모리 230: 저장 매체
221: 버퍼 영역 231: 로그 영역 232: 데이터 영역

Claims (7)

  1. 파일 형태로 데이터를 저장하고 관리하는 파일 시스템에서의 쓰기 전 로깅 연산 장치에서,
    버퍼 영역을 포함하는 메모리인 메인 메모리;
    로그 데이터가 저장되는 로그 영역과 원본 데이터가 저장되는 데이터 영역으로 논리적으로 구분되는 저장 공간을 가지며, 내부 복사 명령에 따라 내부 논리블록 간의 복사 기능을 제공하는 저장 매체; 및
    쓰기 트랜잭션(transaction)이 발생하면, 새 데이터를 페이지 단위로 상기 메인 메모리의 버퍼 영역에 적재하고, 커밋(Commit) 연산에 따라 상기 버퍼 영역의 새 데이터를 상기 저장 매체의 로그 영역에 순차적으로 쓰기 명령을 내리고, 상기 커밋 연산이 완료되면, 체크포인트(Checkpoint) 연산에 따라 상기 로그 영역의 새 데이터의 위치를 상기 데이터 영역의 원본 데이터 위치로 변경할 것을 지시하는 내부 복사 명령을 상기 저장 매체에 송신하는 제어부를 포함하며,
    상기 제어부는 상기 로그 영역의 새 데이터의 제1 논리 블록 주소(Logical Block Address, LBA)와, 상기 원본 데이터의 제2 논리 블록 주소를 파악하고, 상기 체크포인트 연산 시에 상기 제1 논리 블록 주소의 새 데이터를 상기 제2 논리 블록 주소에 복사하도록 하는 방식으로 상기 내부 복사 명령을 상기 저장 매체에 송신하는 것을 특징으로 하는 쓰기 전 로깅 연산 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에서, 상기 제어부는,
    상기 내부 복사 명령을 송신한 후 상기 저장 매체로부터 복사완료를 보고받을 때까지 대기하거나, 상기 저장 매체로부터 상기 복사완료의 보고를 기다리지 않고 다른 트랜잭션을 수행하는 것인 쓰기 전 로깅 연산 장치.
  4. 제1항에서, 상기 제어부는,
    상기 저장 매체로부터 상기 내부 복사 명령에 대해 실패를 보고받으면, 상기 내부 복사 명령을 재송신하는 것인 쓰기 전 로깅 연산 장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
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