QoS 우선순위 역전 방지를 위한 낸드 상태 기반의 블록 관리 기법

학위논문 (석사)-- 서울대학교 대학원 : 공과대학 컴퓨터공학부, 2019. 2. 김지홍.가상화 기술을 통해 한정된 컴퓨터 자원을 분리하여 여러 사용자에게 제공할 수 있게 되었다. 가상화 서비스 시스템에서는 컴퓨터 자원을 여러 사용자에게 나누어 제공하는 과정에서 사용자 간 영향이 발생할 수 있다. 그런데, 특정 사용자는 낮은 우선순위의 사용자에게 영향을 받지 않고, 상대적으로 높은 성능을 제공해주는 QoS를 요구한다. 낸드 플래시 기반 SSD를 가상화 하여 서비스를 제공하는 시스템에서도 SSD 내부에서 다른 사용자의 요청을 분리하거나 SSD 관리 작업을 분리하여 높은 우선순위 사용자의 읽기 요청 응답시간에 대한 QoS를 제공하려는 노력들이 있었다. 하지만, 이와 같은 연구들은 낸드 상태에 따른 읽기 성능 변화를 고려하지 않았다. 낸드는 물리적 특성상 사용함에 따라 상태가 나빠진다. 상태가 나빠진 낸드 블록은 읽기 요청을 처리하는 과정에서 오류가 많이 발생하고, 이를 줄이기 위한 읽기 재시도가 반복 실시될 수 있다. 최악 건강 상태의 블록의 경우 20회 이상의 읽기 재시도가 반복되어 그만큼 읽기 응답시간이 급격하게 증가하는 것이 관찰되었다. 결국 읽기 응답시간에 대한 응용 별 QoS 제공을 위해서는 읽기 성능에 큰 영향을 미치는 낸드 상태를 반드시 고려해야만 한다. 본 논문에서는 낸드 상태를 파악하고, 응용 QoS 수준 별 블록들의 낸드 상태 역전이 발생하지 않도록 하는 블록 관리 기법을 제안한다. 기법을 통해 높은 QoS 수준을 요구하는 응용이 좋은 상태의 낸드 블록들을 사용하고, 빠른 응답시간을 보이도록 관리한다. 평가 실험 결과를 통해 일정 시간동안 응용들의 블록들에서 QoS 우선순위 역전이 발생하지 않도록 하는 것을 확인하였다. 그러나 SSD가 많이 사용되면서 여러 응용들이 할당 받았던 블록들의 상태가 나빠지는 속도가 다르면 QoS 우선순위에 맞게 할당되었던 낸드 상태가 역전되는 경우가 발생한다. 이런 상황이 발생하는 경우 우선순위 역전이 발생하지 않도록 블록을 교체한 후 제공하는 QoS-swap을 적용하였다. 이를 통해 SSD를 지속적으로 사용한 이후에도 낸드 상태에 대한 QoS 우선순위 역전 현상을 방지하는 것을 확인하였다.In modern enterprise computing where various computing resources are virtualized, it is important for a service provider to manage service-level agreements in a consistent fashion. In such environment, users with different quality-of-service (QoS) requirements should be properly differentiated so that no QoS-priority inversion can occur. In this thesis, we focus on the QoS-priority inversion problem in NAND flash blocks within a virtualized SSD storage system. As NAND flash blocks wear out, their read performance gets affected significantly. For example, when a very old NAND block is read under a worst-case condition, the read performance may be degraded by up to 20 times. Therefore, QoS-priority inversion can occur if old NAND blocks are allocated to high QoS tasks while new NAND blocks are allocated to low QoS tasks. We propose a flash-aware block management technique that can avoid QoS-priority inversion for flash read requests. Our proposed technique is based on a novel NAND wear index that can accurately predict the read latency of a block. Based on the new NAND wear index, our technique employs a flash-aware block allocation scheme where the higher QoS priority of a read request, the younger the wear index of an allocated block. In order to resolve the varying wear index of the allocated block, we also propose a dynamic block swap scheme, called as QoS-swap, which intervenes when flash blocks allocated to a high QoS task wear out more than those allocated to a low QoS task. If such cases occur, the QoS-swap scheme exchanges blocks between the high QoS task and low QoS task. Experimental results using an emulated storage system show that our proposed technique can meet the required QoS requirements among multiple applications without introducing QoS-priority inversion.초록 i 목차 iii 표목차 iv 그림목차 v 제 1 장 서 론 1 제 1 절 연구의 배경 1 제 2 절 연구의 목적 및 기여 3 제 3 절 논문 구성 5 제 2 장 관련 연구 6 제 1 절 다른 응용 요청의 영향을 숨기기 위한 연구 6 제 2 절 SSD 관리 작업의 영향을 숨기기 위한 연구 10 제 3 장 낸드 읽기 성능 분석 15 제 1 절 낸드 읽기 성능 구성 요소 15 제 2 절 낸드 상태에 따른 읽기 재시도의 영향 분석 16 제 3 절 기존 낸드 상태 지표의 한계 20 제 4 장 낸드 상태 기반의 블록 관리 기법 설계 및 구현 22 제 1 절 블록 관리 기법의 목표 22 제 2 절 새 낸드 상태 지표 기반의 블록 상태 모니터링 23 제 3 절 서비스의 품질(QoS)을 고려한 SSD 인터페이스 26 제 4 절 서비스의 품질을 고려한 FTL 설계 및 구현 28 제 5 절 서비스의 품질 우선순위 역전 상황시 블록 교체 30 제 5 장 평가 실험 32 제 1 절 실험 환경 32 제 2 절 실험 결과 34 제 6 장 결 론 41 제 1 절 결론 및 향후 계획 41 참고문헌 42 Abstract 44Maste

The estimation of sedimentary organic carbon budge and in situ benthic respiration and nutrient flux in the continental shelf sediments of southern Yellow Sea

본 연구는 황해 냉수대 해역 퇴적물 내 유기탄소 산화율 측정에 의한 탄소 수지 산정과 저층 및 저층-수층 연결고리(benthic-pelagic coupling)을 추정하였다. 황해 남부 해역 중심부(CSYS; central southern yellow sea)와 황해 남부 해역 서단(WSYS; westmost part of southern yellow sea)에서 퇴적물 내 지화학 성분, 현장 관측 장비 운용 및 퇴적물 시료 채집을 통해 퇴적물 총 산소 소모율, 저층 영양염 용출율에 대한 조사가 이루어졌다. 측정된 총 산소 소모율 및 확산 산소 소모율은 각각, 7.71-10.3 mmol m–2 d–1 와 6.44 ± 1.33-9.09 ± 0.09 mmol m–2 d–1로 나타났다. 측정된 산소 소모율은 모두 CSYS 정점이 WSYS 정점에 비해 1.1-1.4배 높게 나타났으며, 현장 관측 장비를 통해 측정된 결과가 선상 배양을 통해 측정된 결과보다 1.1-1.3배 높게 나타났다. 산소 투과 깊이는 0.64 ± 0.11-1.2 ± 0.6 cm로 나타났으며, 산소 소모율과 유사한 경향을 보였다. 저층 영양염 용출율은 용존 무기질소가 –0.25-2.02 mmol m–2 d–1로 나타났으며, 용존 무기 인 및 규산염은 각각, 0.02-0.07 mmol m–2 d–1, 1.72-2.84 mmol m–2 d–1로 나타났다. 저층 영양염 용출율이 일차 생산력을 위한 영양염 요구량에 대한 기여도는 각각, 용존 무기질소가 1.47-27.1%, 용존 무기 인이 4.30-15.1%, 용존 무기 규산염이 18.5-30.5%로 나타났다. 표층부터 20 cm까지 누적한 퇴적물 공극수 내 질산염, 암모니아, 인산염, 규산염 농도는 정점간 유사하게 나타났다. 하지만, 퇴적물 내 탄소 수지는 정점간 차 이가 나타났다. WSYS에서 유기탄소 침강률(680 g m–2 yr–1)과 표층 퇴적물 유기탄소 함량(2.3%)은 CSYS (212 g m–2 yr–1 및 0.99%)에 비해 약 2-3배 이상 높게 나타났으나, 유기탄소 산화율은 29.0 g m–2 yr–1 CSYS(34.7 g m–2 yr–1)에 비해 상대적으로 낮게 나타났다. 한편, WSYS 정점의 표층 퇴적물 C/N(9.99) 및 Chl-a/Phaeopigment(0.95)를 CSYS(7.5 및 1.2)와 비교해 봤을 때, WSYS 정점 표층 퇴적물 유기탄소는 상대적으로 난분해성 이었으며, WSYS의 퇴적물 내 유기탄소 매장률은 47.9%로 CSYS(19.0%)에 비해 2배이상 높게 나타났다. 본 연구 결과는 황해 남부 해역 내 퇴적물 수송 및 분포 특성과 관련 있는 것으로 사료 되어진다.2

Biogeochemical cycling and marine environmental change study

최종 목표 ○ 연안환경, 우리바다, 인도양에서 생지화학순환을 이해하고 해양환경 변화를 탐지하는 기술을 구축하여 당면한 환경문제를 해결하는 방안을 제시함 연구 내용 ○ KIOST 장기 모니터링 시스템 및 이를 통한 동해와 남해 대기/물리/화학/생물 시계열 관측자료 ○ 제주 연안 오염원 및 외래기원 환경교란물질 탐지 및 이동경향 분석 ○ 동해와 황해에서 탄소와 미량원소/동위원소 생지화학 순환 연구 ○ 해양 방사능 사고 대응 관측 및 모델 정보제공 기술지원 체계 구축 ○ 인도양 다매체 해양 프로세스 이해 연구개발성과 ○ 지역해에 최적화된 해양환경변화 탐지기술 개발 ○ 제주도 연안에서 일어나는 현안문제 해결방안 제시 ○ 인도양 쌍극진동 변동과 물질순화 기작 및 생태계 반응이해 ○ 해양 방사능 사고대응 기술지원 체계 운용 메뉴얼 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과 ○ 광역-국지적 규모의 환경유해 인자 조기 탐지 기술 및 예보 기술 확보 ○ 유관기관에 해양환경변화 탐지 및 예측 자료를 제공하여 피해저감 활동 지원 ○ 한반도 주변해역에서 기후변화/환경변화/인위적 오염증가에 따른 해양환경 변동이해 ○ 주변해와 대양간의 상호연관성 파악 및 미래기후 변화 예측 능력 향상 ○ 일본 방사능 오염수 방출 계획 실행 시 정부차원의 대응 지원 ○ 국제인도양탐사 프로그램(IIOE-2) 참여 및 인도양 변동 특성 이해에 기여 ○ GEOTRACES 프로그램 참여를 통한 대양연구 선도 기관으로 국제 인식 개선한국해양과학기술