Smart SSD를 이용한 데이터베이스 연산 성능 평가 및 최적화

Abstract

기술이 날로 발전하는 가운데, 컴퓨터 연산 성능은 그동안 비약적으로 발전해왔다. 그러나 높은 전력소모 및 집적도의 한계로 인해 프로세서의 성능 향상이 한계에 부딪히고, 처리해야 되는 데이터의 양이 급증하는 상황에서, 그동안 상대적으로 더디게 발전했던 저장장치의 성능 향상에 많은 노력이 기울여지고 있다. 기존의 마그네틱 디스크 기반의 하드 디스크를 대체하는 새로운 차세대 저장장치로 SSD가 각광받고 있다. SSD(Solid State Drive)는 여러 개의 플래쉬메모리에 데이터를 저장하는 저장장치를 의미한다. 마그네틱 디스크를 기반으로 한 아날로그 방식의 하드 디스크와 달리 플래쉬 메모리를 기반으로 한 디지털 방식의 SSD는 빠른 속도와 저전력, 안정적 구동의 특징을 가진다. 그러나 SSD는 플래쉬 메모리가 읽기/쓰기 횟수에 제한이 있고 읽는 속도에 비해 쓰는 속도가 느리며, 데이터베이스 시스템이나 버퍼 구조가 기존의 하드디스크에 맞게 설계되어 있어 성능이 최적화되어 있지 않다는 한계를 가진다. 이러한 문제점을 극복하기 위해 버퍼 구조를 수정하거나, 컨트롤러에 별도의 기술을 추가하거나, 기존의 데이터베이스 시스템을 플래쉬 메모리의 특성에 맞게 수정하는 등의 다양한 대안이 제시되고 있다. 트랜잭션의 안정성과 무결성을 위해 데이터베이스 시스템에서는 별도의 공간에 트랜잭션의 로그 정보를 기록하게 된다. 트랜잭션이 처리되면서 이를 기록하는 로그로 인해, 추가 I/O가 발생하고 이는 데이터베이스 전체 성능에 영향을 미치게된다. 또한, 프로세서나 저장장치의 성능보다 이들을 연결하는 I/O 대역폭의 성능이 떨어지므로 프로세서와 저장장치간의 데이터 통신이 다량으로 발생하게 되면, 전체 프로세서와 저장장치의 성능보다 I/O 대역폭의 성능의 영향력이 커지면서 전체 데이터베이스 성능이 떨어지는 상황이 발생한다.

본 논문에서는 SMART SSD라는 SSD 내부에 임베디드 프로세서를 내장한 SSD 구조를 제안한다. 이는 시스템 프로세서를 대신하여 내장된 프로세서를 통해 데이터베이스 연산을 처리함으로써 프로세서와 저장장치 간에 발생하는 데이터 통신량을 최소화하여, I/O 대역폭보다 보다 빠른 프로세서와 저장장치의 성능의 영향력을 높여, 전체 데이터베이스 연산의 성능 최적화를 목적으로 한다.