ZNS SSD를 이용한 F2FS의 효율적인 순서 보존 복구 기법

Abstract

현대 저장장치는 성능 향상을 위해 쓰기 버퍼를 사용하여 쓰기 요청을 병렬로 처 리하고 임의의 순서로 완료한다. 그러나 갑작스러운 전원 장애가 발생할 경우 데이 터 손실이 유발되는 위험을 내재하고 있다. 이에 따라 리눅스 파일시스템은 fsync() 시스템콜을 제공하여 데이터 손실을 방지하고 쓰기 순서를 보장한다. 하지만 널리 사용되는 리눅스 파일시스템 중 하나인 F2FS에서 fsync() 시스템콜은 데이터 일관 성을 보장하지 못할 뿐만 아니라 효율적이지 못한 문제를 가지고 있다. 따라서 우리는 데이터 일관성을 보장하기 위한 파일시스템 복구 기법을 제안한 다. 제안한 기법은 데이터의 영속성을 효율적으로 확인하기 위해 ZNS가 제공하는 쓰기 포인터를 활용하였고, 이를 통해 복구 시간에 미치는 영향을 최소화하였다. 더불어 이 기법은 일관성 수준을 높일 뿐만 아니라 fsync()의 성능도 개선하였다. 결과적으로 실제 워크로드에서 최대 1.2배 성능이 향상된다.

Storage devices use write buffers to improve performance, where multiple write requests are processed in parallel and completed in a random order. This may result in data loss in the event of a sudden failure. Therefore, Linux filesystems provide the fsync() system call to prevent data loss and ensure write order. However, the fsync() system call in F2FS, one of the most popular filesystems, is inefficient and insufficient for guaranteeing data consistency. We propose a new technique called Order-Preserving Recovery by Write pointer(OPRW) to ensure data consistency during the filesystem recovery. OPRW utilizes the write pointer in Zoned NameSpace (ZNS) SSDs to efficiently determine the persistence of data without the need for I/O operations. This approach allows OPRW to provide a higher level of consistency and performance improvement for fsync(), while minimizing the impact on recovery time. As a result, our solution improves performance by up to 1.2x on realistic workloads.