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정보과학회논문지 (Journal of KIISE)

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한글제목(Korean Title) 대용량 파일시스템을 위한 선택적 압축을 지원하는 인-메모리 캐시의 설계와 구현
영문제목(English Title) Design and Implementation of an In-Memory File System Cache with Selective Compression
저자(Author) 최형원   서의성   Hyeongwon Choe   Euiseong Seo  
원문수록처(Citation) VOL 44 NO. 07 PP. 0658 ~ 0667 (2017. 07)
한글내용
(Korean Abstract)
DRAM 기반의 인메모리 캐시는 고비용으로 인해 용량을 늘리는 데에는 한계가 있다. 이를 위해 압축을 이용하여 더 많은 데이터를 캐시하는 기법들이 연구되어 왔다. 그러나 압축은 높은 처리부하와 반응 지연을 야기한다. 본 논문에서는 섀넌 엔트로피를 통해 파일의 압축률을 낮은 오버헤드를 통해 고속으로 예측하여, 높은 압축률을 가진 파일만 압축하는 선택적 압축 기법을 제안하였다. 또한 이를 파일시스템 내에서 실제 사용이 가능하도록 커널 레벨에서 파일 시스템을 위한 인메모리 캐시를 제공하도록 구현하였다. 실험 결과 선택적 압축 기법은 비 압축에 비해 약 18%의 실행시간 감소를 보이며, 전체 캐시 데이터 압축 방법에 비해서도 캐시 히트율의 감소에 의한 성능하락을 최소화 시키고, 동시에 압축에 대한 오버헤드를 줄여, 7.5%의 실행시간을 감소시킬 수 있음을 보였다. 또한 압축에 사용되는 CPU사용시간을 모두 압축 했을 때와 비교하여 28%감소시킬 수 있음을 보여주었다.
영문내용
(English Abstract)
The demand for large-scale storage systems has continued to grow due to the emergence of multimedia, social-network, and big-data services. In order to improve the response time and reduce the load of such large-scale storage systems, DRAM-based in-memory cache systems are becoming popular. However, the high cost of DRAM severely restricts their capacity. While the method of compressing cache entries has been proposed to deal with the capacity limitation issue, compression and decompression, which are technically difficult to parallelize, induce significant processing overhead and in turn retard the response time. A selective compression scheme is proposed in this paper for in-memory file system caches that rapidly estimates the compression ratio of incoming cache entries with their Shannon entropies and compresses cache entries with low compression ratio. In addition, a description is provided of the design and implementation of an in-kernel in-memory file system cache with the proposed selective compression scheme. The evaluation showed that the proposed scheme reduced the execution time of benchmarks by approximately 18% in comparison to the conventional non-compressing in-memory cache scheme. It also provided a cache hit ratio similar to the all-compressing counterpart and reduced 7.5% of the execution time by reducing the compression overhead. In addition, it was shown that the selective compression scheme can reduce the CPU time used for compression by 28% compared to the case of the all-compressing scheme.
키워드(Keyword) 데이터 압축   파일시스템 캐시   인메모리 캐시   섀넌 엔트로피   data compression   file system cache   in-memory cache   Shannon entropy  
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