Design and Implementation of Buffer Cache for EXT3NS File System

EXT3NS 파일 시스템을 위한 버퍼 캐시의 설계 및 구현

  • 손성훈 (상명대학교 소프트웨어학부) ;
  • 정성욱 (상명대학교 대학원 컴퓨터학과)
  • Published : 2006.12.30

Abstract

EXT3NS is a special-purpose file system for large scale multimedia streaming servers. It is built on top of streaming acceleration hardware device called Network-Storage card. The EXT3NS file system significantly improves streaming performance by eliminating memory-to-memory copy operations, i.e. sending video/audio from disk directly to network interface with no main memory buffering. In this paper, we design and implement a buffer cache mechanism, called PMEMCACHE, for EXT3NS file system. We also propose a buffer cache replacement method called ONS for the buffer cache mechanism. The ONS algorithm outperforms other existing buffer replacement algorithms in distributed multimedia streaming environment. In EXT3NS with PMEMCACHE, operation is 33MB/sec and random read operation is 2.4MB/sec. Also, the buffer replacement ONS algorithm shows better performance by 600KB/sec than other buffer cache replacement policies. As a result PMEMCACHE and an ONS can greatly improve the performance of multimedia steaming server which should supportmultiple client requests at the same time.

EXT3NS 파일 시스템은 Network-Storage Card(NS 카드)라는 전용 하드웨어를 기반으로 하는 멀티미디어 스트리밍 서버를 위한 파일 시스템이다. EXT3NS는 NS 카드 상의 PCI memory(PMEM)를 이용, 스트리밍 시 디스크에 있는 데이터를 메인 메모리를 거치지 않고 바로 네트워크 카드로 내보냄으로써 스트리밍 서버의 성능을 향상시킨다. 본 논문에서는 NS 카드에 있는 PMEM을 기반으로 한 버퍼 캐시를 추가 설계, 구현하고, 이 버퍼 캐시가 EXT3NS 파일 시스템을 채용한 서버의 멀티미디어 스트리밍의 성능을 개선시킬 수 있음을 보인다. 또한, 제안된 버퍼 캐시 상에서 다수의 동시 사용자를 지원하는 멀티 미디어 스트리 밍 서버를 위한 버퍼 캐시 교체 정책인 Old New Section(ONS) 교체 기법을 제안한다. 제안된 OSN 교체 기법은 멀티미디어 스트리밍 환경에서 기존의 교체 정책들 보다 좋은 성능을 보인다. 성능 평가 결과, 다시 읽기동작과 무작위 읽기 동작에서 기존의 EXT3NS 파일 시스템 보다 PMEM에 캐시를 사용한 EXT3NS가 각각 평균 33MB/sec, 2.4MB/sec의 성능이 향상 되었다. 또한, 다시 읽기 동작의 경우 기존의 Least Frequently Used(LFU) 교체 정 책을 사용한 경우보다 ONS 교체 정책을 사용한 경우가 약 600KB/sec의 성능 증가를 보인다. 이러한 결과는 동시에 여러명의 사용자 요구를 처리해야 하는 대용량 멀티 미디어 스트리밍 서버에서 보다 효과적인 읽기 동작을 처리할 수 있음을 나타낸다.

References

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