리눅스 환경에서 SSD를 위한 파일 시스템 성능 분석

Abstract

SSD(Solid State Disk)는 콘트롤러에 탑재된 주소변환기법, Wear 레벨링 알고리즘, 가비지 수집 정책에 따라 성능에 매우 다양한 특성을 보인다. SSD의 특성을 다양한 부하와 서로 다른 파일 시스템하에서 명확히 파악하는 것은 시스템의 성능 최적화 측면에서 매우 중요한 주제이다. 본 연구의 목적은 SSD와 파일 시스템과 입출력 부하의 상관 관계를 규명하는 것이다. 특정 파일 시스템에 비교적 잘 최적화된 SSD가 존재하는지, 각 SSD가 비정상적인 행태를 보이는 부하 또는 파일 시스템 조합이 특별히 존재하는지 등, 다양한 입출력 성능 특성을 규명하는 것이다. 본 연구에서는 세 개의 SSD(인텔, 삼성, 엠트론)를 사용하여, 각 SSD에 5개의 파일 시스템(EXT3, ReiserFS, XFS, FAT32, NILFS2)을 탑재하고 각 파일 시스템 하에서 SSD의 성능을 분석하였다. IOZONE을 이용하여 약 10여개의 입출력 크기를 변화시키면서 순차읽기/순차쓰기, 임의읽기/임의쓰기 부하를 발생시켰고 Lambanch2를 이용하여 파일 생성과 삭제 능력을 측정하였으며 Postmark를 이용하여 작은 파일 크기의 부하에 대한 성능을 측정하였다. DIRECT IO 모드에서 삼성과 엠트론 제품은 순차읽기의 성능이 파일 시스템 종류에 큰 영향을 받지 않았으나 인텔 제품은 입출력 크기가 128KByte 이상일 경우 EXT3 파일 시스템에서 성능이 급격히 감소하는 현상을 보였다. 순차쓰기의 경우 삼성 제품과 인텔 제품은 각각의 파일 시스템에 대해서 성능에 매우 유사한 특성을 보였다. 엠트론 제품은 EXT3에서는 인텔, 삼성 제품보다 월등히 높은 성능을 보이지만, XFS에서는 오히려 매우 좋지 않은 성능을 보였다. 임의쓰기의 성능은 모든 SSD 제품들이 파일 시스템에 영향을 전혀 받지 않고 있으며, 인텔사의 제품이 가장 좋은 성능을 보였다. 삼성과 엠트론사의 제품은 모든 파일 시스템에 대해서 임의쓰기가 순차쓰기보다 느렸으며, 이 두 제품은 유사한 특성을 보였다. 인텔사의 SSD는 임의쓰기와 순차쓰기의 성능이 거의 비슷했으며 오히려, 임의쓰기의 성능이 XFS와 ReiserFS에서 더 우수하였다. SSD의 고전적인 문제인 임의쓰기 문제를 인텔사 제품은 효과적으로 해결한 것으로 관측된다. DIRECT IO시 임의읽기와 임의쓰기는 파일 시스템 종류에 크게 영향을 받지 않았다. 순차쓰기의 경우는 파일 시스템 종류에 따라 성능 차이가 매우 크게 나는 것을 알수 있었다.; Depending on address translation schemes, wear leveling algorithms, and garbage collection policies, performance of the SSD (Solid State Disk) varies significantly. In the system performance optimization perspective, clarifying characteristics of SSD under various loads and File Systems is an important issue. Main objective of this research is to specify correlations of in/output workload in SSD and File System’s. It further examines various cases of in/output performance characteristics such as existence of optimized SSD for a File System, abnormal behaviors of SSD depending on specific workloads or File System. In this work, performance of three SSDs (Intel, Samsung, Mtron) are analyzed with five File Systems (EXT3, ReiserFS, XFS, FAT32, NILFS2), and three different benchmark tools (IOzone, Lmbench, PostMark). Sequential read/write and random read/write loads are generated by IOzone varying in/output sizes. Performance of creation and deletion of files is benchmarked with Lambanch2, and with PostMark the load on small sized files are tested. Difference in types of File Systems in Direct I/O mode did not affect performance of sequential read in Samsung and Mtron, whereas in Intel the in/output size larger than 128Kbyte in EXT3 showed substantial decrease in performance. In sequential write, Intel and Samsung showed similar characteristics in all File Systems. Mtron overwhelmed the Intel and Samsung in EXT3 File System but in XFS it came last. Performance of SSD did not receive any influence on random write on all File System, overall Intel showed better performance. Random write in Samsung and Mtron was slower than sequential write on every File Systems, and they showed similar characteristics. On the contrary, Intel showed similar characteristics in random write and sequential write, except it showed better performance on XFS and ReiserFS, which reflects that Intel has overcome the speed limiting factors of random write. In direct I/O mode, there was no performance difference in random read/write on all File Systems. However, performance of sequential write varied depending on File Systems.