비 휘발성 메모리 기반 로그 구조 버퍼의 설계 및 구현

Abstract

PCM, STT-MRAM과 같은 차세대 비 휘발성 메모리(NVM) 기술은 낮은 지연시간, 높은 대역폭, 비 휘발성 및 높은 용량을 제공한다. 이러한 NVM은 고성능 컴퓨팅을 위해 컴퓨터 시스템 및 데이터베이스 분야에서 널리 사용 및 연구되고 있다. 예를 들어, 최근 연구자들은 NVM을 파일시스템의 저널링 버퍼 및 데이터베이스의 로깅을 위해 사용하며 이에 따른 최적화 연구들을 많이 진행하고 있다. 기존 연구들을 보완하는 연구로 본 논문에서는 응용의 원자성 페이지(page) 업데이트에 대해 초점을 맞춘다. 예를 들어, 데이터베이스 시스템과 같은 데이터 관리 응용에서는 여러 페이지들을 원자적으로 업데이트하기 위해, 임시 버퍼를 두고 중복적인 쓰기 연산을 수행함으로써 그 페이지들의 원자성을 보장한다. 하지만, 이러한 중복적인 쓰기 연산은 성능을 크게 감소시킬 수 있다. 따라서 본 논문에서는 일관성을 보장하면서 성능을 향상시키기 위해, 하나의 로그 구조 버퍼 관리자(Log-structured buffer manager(LSBM))를 소개한다. LSBM은 원자적 업데이트를 위해 로그 기반으로 페이지를 NVM에 업데이트하고 버퍼링 기능을 제공한다. 또한 해당 버퍼에 중복 페이지가 있을 경우, 이전 버전의 페이지를 제거하여 최신의 페이지만 반영하도록 함으로써 입출력과 쓰기량을 최소화시킨다. 실험결과는 LSBM이 응용의 성능을 개선시키고 총 쓰기량을 감소시킴을 보여준다.

Next-generation non-volatile memory (NVM) technologies, such as PCM and STTMRAM, provide low latency, high bandwidth, non-volatility, and high capacity. Such NVMs are widely used and studied in the field of computer systems and databases for high performance computing. For example, recent researchers have used NVM for journaling buffers and database logging of file systems and have conducted many optimization studies accordingly. As a complement to existing work, this paper focuses on the atomic page update of applications. For example, in a data management application such as a database system, the atomicity of the pages is ensured by performing a redundant write operation with a temporary buffer in order to atomically update multiple pages. However, this redundant write operation can reduce the performance. Therefore, in this paper, we introduce a log-structured buffer manager (LSMB) to improve the performance while ensuring the consistency. LSBM updates the page to NVM by logging and provides buffering. In addition, if there are duplicated pages in the buffer, the old version of the page is removed to reflect only the latest page, which minimizes the I/O and write amount. Experimental results show that LSBM improves the performance of the application and reduces the total write amount.