파일 수정 최적화를 위한 가변 블록 파일 시스템 설계 및 구현 :Design and implementation of variable block file system for optimization file modification

유영준

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자료유형: 학위논문

저자정보: 유영준 (한림대학교, 한림대학교 대학원)

지도교수: 고영웅

발행연도: 2019

저작권: 한림대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

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이 논문의 연구 히스토리 (4)

2021

데이터 수정을 최소화하는 사용자 수준 파일 시스템 설계 및 구현

유영준 , 장성봉 , 고영웅 한국정보기술학회논문지 2021.12 학술저널

2019

파일 수정 최적화를 위한 가변 블록 파일 시스템 설계 및 구현

유영준 컴퓨터공학과 2019.01 학위논문

2017

파일 수정 오버헤드를 최소화하는 파일 시스템 설계 및 구현

유영준 , 이정근 , 장성봉 외 1명 한국정보과학회 학술발표논문집 2017.12 학술대회자료

2015

가변 길이 블록을 이용한 유저 레벨 파일 시스템 설계 및 구현

유영준 , 김병관 , 고영웅 한국정보과학회 학술발표논문집 2015.06 학술대회자료

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연구 배경: 파일은 보조 기억 장치에 저장 될 때 특정 크기의 블록으로 분할되어 저장 되지만 응용 프로그램에는 연속적인스트림 형태로 처리된다 이와 같은 스토리지 계층 차이로 인해 사용자가 파일을 편집 할 때 파일의 원본과 수정 후의 내용을 고려하지 않고 모든 내용은 디스크와 메인 메모리 사이에서 복사하며 불필요한 쓰기 요청을 지속적으로 발생시키며 시스템의 성능을 저하시킬 수 있다.
연구 방법: 이러한 문제점을 해결하기 위해 본 논문에서는 파일 수정 작업에 최적화된 가변 블록 파일 시스템 기법을 제안한다 . 가변 블록 파일 시스템은 가변 블록과 인덱스 재 정렬 기법은 메타 데이터와 수정이 발생한 블록만 다시 씀으로 인해 다시 쓰여지는 데이터의 양을 최소화하는 기법이다 이러한 접근 방법은 기존의 파일 시스템과는 시스템을 바라보는 관점부터 처리 방법까지 다르다 . 따라서 기존의 벤치마크 프로그램과 실험방법으로는 기존의 시스템과 직접적인 비교에 어려움이 있다 . 따라서 시스템의 성능은 파일의 데이터를 수정하는 다양한 시나리오를 설정 해 진행하였으며 다시 써지는 데이터의 양과 작업 속도를 측정하였 다 . 또한 , 수정된 데이터를 쓰기 요청하는 write() 함수와 실제 디스크에 변경된 내용을 적용하는 시간을 각각 측정하며 어플리케이션의 응답시간과 쓰기 작업의 완료 시간을 측정하였다
연구 결과: 실험 결과 기존의 시스템에서는 파일 수정 시 원본 파일의 크기와 파일 수정 위치에 따라 다시 쓰는 데이터의 양과 함수의 수행시간에 영향을 미쳤다 하지만 가변 블록 파일 시스템의 경우 오직 수정된 데이터만 파일에 적용하며 쓰기 요청하는 함수의 수행시간은 물론 디스크에 데이터를 복사하는 시간을 크게 줄였다 이러한 성능 향상은 다시 쓰여지는 데이터의 크기가 클수록 성능 차이가 더욱 커졌다
결 론: 본 논문에서는 기존 파일 시스템과 어플리케이션에서 파일 수정 시 발생하는 불필요한 쓰기 연산을 최소화하는 가변 블록 파일 시스템을 구현하였다 이 파일 시스템은 사용자 작업 관점에서 시스템의 성능을 최적화 시킴으로써 기존의 파일 시스템 함수의 처리 방법과는 명확한 차이가 존재한다 또한 스토리지 클래스 메모리에서 새로운 A PI 를 개발하는 연구가 진행 중이지만 저장 장치가 비싼 단점이 있다 . 하지만 본 연구에서 제안하는 기법은 저렴한 블록 기반의 저장 장치를 사용하면서 새로운 파일 처리 API 의 개발 가능성을 보였다

Background: File is divided as fixed size block when saved in secondary memory unit. In application, file is treated as sequential stream. All contents of file are copied between main memory and disk when user modify file since distinction of storage hierarchy. Especially, file system and user application transfer contents of user area memory to disk even the contents of file are almost similar with original file after data modification. At this time, unnecessary writing requests are continuo usly generated.
Methods: To cope with these problems, this paper proposes variable block file system. Variable block and index rearrange method is used to minimize amount of rewrite data by using metadata and modified block only. This kind of approach is different with common file system as different perspective and treats method. Therefore, there are problems to directly compare common benchmark program and experiment method with propose system. For this reason, all experiments are processed as various kinds of file modification scenari o to measure system performance , amount of rewritten data and processing speed. In addition, actual time of disk modification and write method which request data modification are measured to check response time of application a nd finish time of write method.
Results: As the experiments results, file size and data modification offset affect amount of rewriting data and processing time when file modification in common system. In case of variable block file system, however, this improves system performance when modifying files by apply-ing modified data to files only. This kind of performance improvement shows better effective when rewritten data size is getting increased.
Conclusions: In this paper, we implement variable block file system to optimize file modification Different with common file system, this file system has obvious distinction since it optimize system performance at perspective of user modification. There is research about developing new API in storage class memory. However, it has dis advantage that is very expensive. P ropose system shows possibility of development about new file treatment API by using cheap storage device which based on block.
Key words: File System, Kernel, System Call, System Function, File Editing

ABSTRACT 1
I. 서론 3
II. 배경 지식 8
1. 모티베이션 8
2. 파일 시스템 13
2.1 가상 파일 시스템 14
2.2 페이지 캐시 15
2.3 I/O스케줄러 15
3. 관련연구 15
III. 유저 레벨 가변 블록 파일 시스템 19
1. Ext2 파일 시스템 20
2. 시스템 설계 및 구현 23
2.1 가변 블록 개념 23
2.2 유저 레벨 가변 블록 파일 시스템 설계 및 구현 25
3. 가변 길이 블록 실험 결과 31
3.1 실험환경 31
3.2 바이트 삭제 실험 31
3.3 수정 위치에 따른 시스템 성능 33
3.4 가변 블록 수에 따른 시스템 성능 34
4. 결론 35
IV. 커널 레벨 가변 블록 37
1. 배경지식 37
1.1 Ex4 아이노드 구조 37
1.2 Ex4 파일 연산자 40
2. 시스템 설계 및 구현 43
3. 실험 및 결과 48
3.1 Sys_set_vbinfo 시스템 콜 48
3.2 가변 블록을 이용한 일부 바이트 삭제 49
3.3 수정 위치에 따른 시스템 성능 50
3.4 다양한 형태의 데이터 삭제 50
3.5 대용량 파일 실험 52
3.6 파일 동기화 속도 53
4. 결론 54
V. 가변 블록 파일 시스템 55
1. 배경지식 55
2. 시스템 설계 및 구현 60
3. 실험 결과 66
3.1 실험방법 66
3.2 한 블록 크기의 데이터 삭제 66
3.3 여러 블록 데이터 삭제 69
3.4 한 블록 크기의 데이터 추가 71
3.5 여러 블록 추가 73
3.6 대용량 파일 실험 74
3.7 디스크 적용 시간 75
4. 결 론 77
VI.참고문헌 80
국문초록 84

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