Reducing Application Launch Time by Using Execution-time Prefetching Techniques

학위논문 (박사)-- 서울대학교 대학원 : 전기·컴퓨터공학부, 2013. 2. 신현식.최근 모바일 기기의 사용이 보편화되면서 프로그램 실행의 응답성은 사용자의 체험에 큰 영향을 주는 요소가 되었다. 특히, 응용프로그램의 기동시간은 기기에 대한 사용자의 체감성능을 평가하는 중요한 지표로 사용된다. 하지만 플래시 기반의 디스크가 시스템 디스크로 사용되는 경우에도 사용자들은 긴 응용프로그램 기동시간을 자주 경험한다. 프로세서나 디스크 장치는 병렬성을 이용하여 성능을 개선하는 반면, 응용프로그램 기동 시에는 자원들의 사용이 직렬화되기 때문이다. 응용프로그램의 기동시간 단축을 위하여 본 논문에서는 새로운 실행시간 프리페칭 기법을 제안한다. 응용프로그램의 최초 기동 시 접근되는 블록을 정확히 파악하고, 이후 기동 시 이 블록들을 효율적인 방법으로 디스크캐시에 적재함으로써 기동시간을 단축시킨다. 핵심 전략은 프로세서와 디스크의 사용을 병렬화하고 디스크의 내부병렬성과 멀티코어의 활용을 유도하였다. 또, 프리페칭 시간을 단축하기 위하여 디스크의 특성에 따라 다양한 병합, 논리블록번호 정렬, 프리페치 수준의 의존성 해결 기법을 사용하였다. 제안한 프리페칭 기법을 리눅스 커널 3.5.0에 구현하였고 많이 사용되는 응용프로그램을 이용하여 성능을 평가하였다. 하드디스크 기반의 데스크탑 워크로드에서 콜드스타트 시간 대비 평균 52%의 기동시간을 단축하였고 SSD를 사용한 경우 34.1%가 단축하였다. 또, SSD를 사용하는 모바일용 Meego 플랫폼에서 평균 28.1 ~ 34.1%의 기동시간을 단축하였고, 안드로이드 플랫폼이 탑재된 갤럭시 넥서스 폰에서 평균 12.8%의 기동시간을 단축하였다. 마지막으로, 유저 수준에서 구현한 프리페쳐를 사용한 경우, SSD를 사용하는 환경에서 평균 21.7 ~ 28.5%의 기동시간을 단축하였다. 제안한 기법을 기존의 환경에 구현하여 운용하는데 경미한 오버헤드를 유발하는 한편, 시스템의 응답속도를 개선하고 사용자의 체감 속도를 향상시킴으로서 데스크탑 PC와 스마트폰의 성능향상에 유의미한 기여를 할 것이다.Recently, as mobile devices are widely used, an application responsiveness is of great importance to user experience. Among many metrics, application launch performance is one of important indices to evaluate user-perceived system performance. However, users suffer from long application launch delay even if they use flash-based disk as their system disks. It is mainly because system resources are used in serialized manner during application launch process while processors and disk drives improve their performance by exploiting parallelism. To optimize launch performance, this dissertation presents a new execution-time prefetching technique, which monitors accessed blocks accurately during the first launch of each application and prefetches them into disk caches in the optimized order at their subsequent launches. The key idea is to overlap processor computation with disk I/O while exploiting internal parallelism on disk drives effectively. In order to optimize prefetch performance, we employ various merge, logical-block-number sort, and prefetch-level dependency resolution schemes. We implemented the proposed prefetcher on Linux kernel 3.5.0 and evaluated it by launching a set of widely-used applications. Experiments demonstrate an average of 52% reduction of application launch time on an HDD-based system and 34.1% reduction on an SSD-based system as compared to cold start performance. We also achieve an average of 28.1 ~ 31.4% reduction on mobile Meego platform using an SSD as a system disk. And We port the proposed prefetcher to Android platform and achieve an average of 12.8% reduction of widely-used android applications on Galaxy Nexus phone. In addition, We implemented the proposed prefetcher at user-level which does not require kernel modification. It demonstrated an average of 21.7 ~ 28.5% reduction of application launch time on SSDs. The proposed scheme incurs little overhead from its implementation and operations in the existing environment. It is expected to make significant contributions to performance enhancement of desktop PCs and smartphones by improving both system and user-perceived performance.제 1 장 서 론 1 1.1 연구 동기 1 1.2 연구 내용 및 의의 3 1.3 논문의 구성 8 제 2 장 연구 배경 9 2.1 범용 디스크 드라이브 9 2.1.1 하드디스크 드라이브 9 2.1.2 NAND 플래시 기반 Solid-State Drive (SSD) 10 2.1.3 하이브리드 하드디스크 12 2.2 리눅스의 디스크 입출력 부 시스템 14 2.2.1 리눅스의 디스크 입출력 스택 14 2.2.2 리눅스의 디스크캐시 16 2.2.3 입출력 스케쥴러의 종류 및 특징 18 2.2.4 입출력 플러그/언플러그 20 2.2.5 프리페치 성공 시 절약되는 프로세서 시간 분석 21 2.3 응용프로그램의 빠른 기동을 위한 기존 연구 23 2.3.1 응용프로그램의 빠른 기동을 위한 디스크캐싱 기법 23 2.3.2 범용 워크로드의 빠른 응답을 위한 디스크캐싱 기법 26 2.3.3 그 외의 기법들 29 제 3 장 응용프로그램 기동 시의 동작 특성 분석 31 3.1 기동 시나리오 31 3.2 기동 시 발생되는 디스크 입출력 분석 32 3.3 프로세서와 디스크의 활성화 패턴 분석 34 제 4 장 커널 수준 실행시간 프리페쳐의 설계, 구현 및 평가 37 4.1 실행시간 프리페쳐의 소개 및 목표 37 4.2 기동시퀀스 수집 41 4.3 프리페치시퀀스 스케쥴러 44 4.3.1 익스텐트-의존성 (Extent-Dependency) 분석 44 4.3.2 블록 간 의존성 해결을 위한 메타데이터 쉬프트 46 4.3.3 거리기반 병합 50 4.3.4 거리기반 빈공간채움 병합 51 4.3.5 논리블록번호 정렬 52 4.3.6 플러그/언플러그 52 4.4 응용프로그램과 프리페쳐 동작의 병렬화 54 4.4.1 하드디스크를 사용하는 시스템 54 4.4.2 SSD를 사용하는 시스템 56 4.4.3 다중 디스크를 사용하는 시스템 57 4.5 기동시퀀스의 유효성 관리 57 4.6 운영체제 부트 프리페쳐 58 4.7 유휴시간 프리페쳐 인터페이스 59 4.8 실험 환경 60 4.9 응용프로그램 기동시간 64 4.10 운영 및 저장 공간 오버헤드 78 4.11 커널 수준 프리페쳐의 안전성 80 제 5 장 유저 수준 실행시간 프리페쳐의 설계, 구현 및 평가 83 5.1 유저 수준 프리페쳐의 소개 및 구조 83 5.2 응용프로그램의 프리페치시퀀스 생성 85 5.2.1 디스크 입출력 정보 수집 85 5.2.2 기동시퀀스 추출 85 5.2.3 프리페치시퀀스 스케쥴 86 5.3 블록-파일 사상 (Map) 86 5.3.1 블록-파일 사상의 소개 86 5.3.2 기동시퀀스 관련 파일 목록의 수집 88 5.4 유저 수준의 프리페쳐 프로그램 생성 89 5.5 응용프로그램 기동 관리자 90 5.6 유저 수준의 프리페쳐의 장점 및 단점 93 5.7 실험 환경 93 5.8 응용프로그램 기동시간 94 5.9 운영 및 저장 공간 오버헤드 95 제 6 장 결론 및 향후 연구 방향 96 6.1 결론 96 6.2 향후 연구 방향 99 참고문헌 102 Abstract 113Docto

Prefetching Framework for General Workloads Using Breakpoint

프로그램의 로딩 속도는 프로그램이 요청하는 디스크 블록을 미리 읽어 들임으로써(프리페칭) 향상시킬 수 있다. 그러나 기존의 프리페칭 관련 기법들은 특정 프로그램에 최적화된 경우를 제외하면 상당한 오버헤드를 보여주었다. 특히 요청블록을 정확히 추적하는데 어려움이 있었다. 어떤 블록들은 여러 시퀀스(단위시간 내에 추적된 블록들)에 나타날 수 있고 두 접근 시퀀스가 동일 하더라도 버퍼 캐시에 의해서 접근 시간과 수집되는 블록 정보가 다를 수 있기 때문에 분석이 까다롭다. 본 논문에서는 소프트웨어적 접근 방법으로 새로운 범용 워크로드 프리페칭 기법을 제안한다. 제안하는 프리페칭 기법은 브레이크포인트를 프로그램의 적재 적소에 배치함으로써 요청 블록의 상관관계 정보를 수집하고, 이를 바탕으로 프리페칭을 수행한다. 상용 하드디스크를 이용한 실험 결과, 불필요한 오버헤드가 감소되었으며 기동 시간은 평균 30%, 로딩은 평균 15% 단축되었음을 확인하였다.Application loading speed can be improved by timely prefetching disk blocks likely to be needed by an application. However, existing prefetchers if they are not specialized to a particular application incur high overheads and are poor at identifying the blocks that will actually be required. There are many sequences in which blocks may be needed and, even if two access sequences are identical, block tracing and access timings can be affected significantly by the state of the buffer cache. We propose a new application independent software based prefetching technique, in which breakpoints are inserted at appropriate places in an application to collect the information on correlations between the blocks and to prefetch the potential blocks ahead of their schedule based on it. Experiments on an HDD based desktop PC demonstrated an average 30% reduction in application launch time and 15% in general I/O, while reducing the wasted overhead.OAIID:oai:osos.snu.ac.kr:snu2014-01/102/0000001265/3SEQ:3PERF_CD:SNU2014-01EVAL_ITEM_CD:102USER_ID:0000001265ADJUST_YN:YEMP_ID:A002514DEPT_CD:4190FILENAME:고광진논문_09(833-838) csts14-01.pdfDEPT_NM:컴퓨터공학부SCOPUS_YN:NCONFIRM:

다중 코어 내장형 시스템을 위한 통신 구조

Thesis(doctors) --서울대학교 대학원 :전기. 컴퓨터공학부,2010.2.Docto

Influences of salience in the formal school science on the attitide toward science and informal science communication through the mass media

학위논문(박사)--서울대학교 대학원 :과학교육과,1997.Docto

Doc2Vec을 이용한 중학교 과학 질문-답변 챗봇 개발 및 학생 질의 분석

본 연구에서는 교사가 학교 현장 맞춤형으로 개발한 한국어 과학 질문-답변 챗봇의 구축 방법을 소개하고, 챗봇 서비스로 얻은 학생의 질의를 분석하여 시사점을 얻고자 하였다. 과학 질문-답변 챗봇은 한 국어 형태소 분석기와 Doc2Vec 기반의 문서 분류 모델을 이용하여 독 자적인 서버를 구축하여 개발했다. 중학교 1개교에서 3개 학기 동안 챗봇 서비스를 운영한 결과, 질의의 반 정도는 교과와 관련된 것이었 고, 나머지 반 정도는 잡담 등 교과 외의 것이었다. 학생들은 챗봇을 평가 준비에 많이 사용했고, 24시간 운영하는 챗봇의 특성을 활용하여 방과 후에 더 많이 이용했다. 교육용 챗봇의 이용률을 높이기 위해서 는 학생의 실제 질의를 바탕으로 데이터셋을 구축하고 챗봇 검색 알 고리즘을 개선하여 학생의 의도에 맞는 답변이 나올 확률을 높여야 한다. 과학 교과의 질문-답변을 목적으로 챗봇을 만들었어도 학생의 필요에 맞추어 교과 및 교과 외 영역을 모두 아우를 수 있어야 한다

Two Experimental Approaches to the Study of Recombinant DNA: A Model Construction Experiment in a Classroom and a Laboratory Experiment

In this study, two experimental approaches, one simply carried out in a classroom and the other in a laboratory, have been conducted to teach the concept of recombinant DNA. The experiment in a classroom was a simple process of model construction of recombinant DNA using colored papers and was applied to university freshmen for only one hour. Through the activity, the students generally showed a little increase in understanding recombinant DNA. They were classified into two groups such as higher and lower group according to their achievements, and there was a significant increase in a lower group (p=0.000). This result showed that the model construction experiment helped the lower group students learn recombinant DNA. In the next experiment, recombinant DNA technology was applied to scientifically gifted high school students with developed laboratory teaching materials. The result showed that they successfully performed all experiments. Through laboratory activities they showed a significant increase in understanding the concepts of genetic engineering (p=0.007). In the survey of questionnaire, they reported to be strongly influenced on their intellectual inquiry and interest of biology through the laboratory activities of recombinant DNA technology. In this study, the laboratory experiment showed a higher significant increase in their achievements than the model construction one in a classroom did. However, the model construction process was very efficient because it was inexpensive and needed only a little time. Finally, this study suggested that at least one experiment of the two approaches should be applied to the students for learning the recombinant DNA in a biology class, considering the financial condition of school, laboratory equipments and time schedules.이 논문은 '98년도 서울대학교 사범대학 발전기금 연구지원비에 의해 이루어진 것입니다

Video Emotional Code Extraction Method using Evolutionary Particle Filtering

학위논문 (석사)-- 서울대학교 대학원 : 컴퓨터공학과, 2013. 2. 장병탁.인터넷의 발달에 따라 쏟아지는 대용량 컨텐츠 사이에서, 사용자가 원 하는 컨텐츠를 추천하는 다양한 방법이 연구되고 있다. 컨텐츠를 추천하 는 방법으로 사용자가 추가적으로 기입한 태그를 이용하는 방법이 주로 사용되고 있는데, 실제 컨텐츠가 아닌 메타데이터를 이용하게 되는 경우 사용자의 추가적인 입력을 요구한다는 점과 악의적인 태그로 인한 추천 성능의 저하 문제가 발생할 수 있다. 때문에, 최근 추천의 연구 방향은 컴퓨터로 하여금 컨텐츠 전체 혹은 일부를 분석하여 이를 이용한 추천방 법을 만드는 것으로 바뀌고 있다. 본 논문에서는 이러한 연구 추세에 발 맞춰 감성 기반 컨텐츠 분석방법과 그 결과물로 비디오의 ‘감성코드’에 대해 정의하고 그 활용방안을 논의한다. 감성코드를 추출하기 위하여 SIFT 특징점들과 진화파티클필터링 방법을 이용하여 비디오 데이터의 장면전환점들을 추정하고 각 샷의 색상으로부터 감성을 추출하여 각 세 그먼트 별 감성을 추론한다. 이렇게 구성된 감성 코드는 동영상에 대한 특징벡터라 할 수 있고, 이를 3차원 공간에서 구분 가능성을 확인하였다.1. 서론 1 1.1. 연구 배경 1 1.2. 문제 기술과 제안 방법 2 2. 관련 연구 4 2.1. 장면 전환점 추정 4 2.2. 감성 추출 연구 4 3. 장면 전환점 추정 방법 6 3.1. SIFT 특징점 6 3.2. 파티클 필터링 6 3.3. 진화 파티클 필터링 6 3.4. 우점 특징점 집합과 하이퍼네트워크[18] 7 3.5. 변형된 SIFT 매칭 알고리즘 8 3.6. 진화 파티클 필터링을 이용한 장면 전환점 추정 방법 10 4. 감성 추출 방법 13 4.1. 색상 조합에 따른 감성 13 4.2. Mean Shift Filtering 13 4.3. Region Adjacency Graph 14 4.4. 감성 추정 알고리즘 15 5. 실험 방법 및 결과 16 5.1. 데이터 16 5.2. 실험 내용 16 5.3. 실험 결과 19 5.4. 결과 분석 및 토론 23 6. 결론 및 향후 연구 25Maste

File-System-Level SSD Caching for Improving Application Launch Time

응용프로그램의 기동 시간은 기기에 대한 사용자 체험에 영향을 주는 중요한 지표로 보조 기억 장치의 성능에 의해 큰 영향을 받는다. 하드디스크 대신 SSD를 사용하게 되면 기동 시간을 크게 낮출수 있지만 비용 대비 성능을 고려하면 작은 용량의 SSD를 하드디스크의 캐시로 쓰는 것이 현실적인 대안이 될 수 있다. 본 논문에서는 파일시스템 수준에서 하드디스크 상의 블록을 SSD로 이주시키는 기법을제안한다. 제안한 기법은 기존의 SSD 캐싱 기법들에서 요구되던 캐시 데이터의 사상에 필요한 주 메모리, CPU, 그리고 사상 정보의 유지를 위한 SSD 공간 사용의 부가적인 오버헤드가 없다. 8개의 응용프로그램을 이용한 실험에서 메타데이터와 데이터 블록을 모두 SSD에 캐싱한 경우에 기동시간이 평균 56% 단축됨을 확인하였다. Application launch time is an important performance metric to user experience in desktop and laptop environment, which mostly depends on the performance of secondary storage. Application launch times can be reduced by utilizing solid-state drive (SSD) instead of hard disk drive (HDD). However, considering a cost-performance trade-off, utilizing SSDs as caches for slow HDDs is a practicable alternative in reducing the application launch times. We propose a new SSD caching scheme which migrates data blocks from HDDs to SSDs. Our scheme operates entirely in the file system level and does not require an extra layer for mapping SSD-cached data that is essential in most other schemes. In particular, our scheme does not incur mapping overheads that cause significant burdens on the main memory, CPU, and SSD space for mapping table. Experimental results conducted with 8 popular applications demonstrate our scheme yields 56% of performance gain in application launch, when data blocks along with metadata are migrated.N

Model Creation and Model Developing Process of Science Gifted Students in Scientific Model Constructing Class for Phase Change of the Moon

본 연구에서는 달의 위상 변화에 대한 과학적 모형 구성 수업에서 나타나는 영재 학생들의 모형 생성 및 발달 과정의 특징과 학생과 교사의 활동이 이 과정에 미치는 영향에 대해 알아보고자 하였다. 이를 위해 과학영재 학생을 대상으로 과학적 모형 구성 수업을 실시하였다. 수업 전체 및 모둠별 활동을 영상 촬영, 음성 녹음하였으며 선택한 모둠에 대한 면담을 실시하고 학생들의 활동지를 분석 자료로 활용하여 모둠별·개인별 학생들의 모형 생성 및 발달 과정을 재구성하였으며, 학생들의 활동 양상과 교사의 역할이 여기에 미치는 영향을 도출하였다. 모둠 내에서의 토론이 모둠의 모형 생성 및 발달과정에 기여하며, 표적 모형과 초기모형의 유사성 정도에 따라 개인 모형의 발달 과정이 달라졌다. 모둠활동에 적극적으로 참여하는 학생이 많을수록 초기 모형은 다양해지고 최종 모형도 더욱 정교하게 나타났으며, 교사는 모형의 생성 및 발달과정에 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다.This study try to analyze feature of model creation and model developing process for gifted students and the activity of students and teachers affected those processes in scientific model constructing class for phase change of moon. For this, I teach scientific model constructing class for science gifted students. I shoot video and record the voice for whole class and each group activity, have a face-to-face talk for selected group members, analyze the paper of activities. I reconstruct model creation and model developing process for each groups and each students, draw a influence that activity aspects of the students and role of the teacher affected modelling process based on those data. After analyzing, I find that discussion in the group contribute model creation and model developing process and developing process of each model changed according to the similarity between target model and first model. The more the students actively participate group activities, the more first model is diversified and final model is more elaborated. Also, the teacher influence model creation and developing process.OAIID:oai:osos.snu.ac.kr:snu2012-01/102/0000001728/4SEQ:4PERF_CD:SNU2012-01EVAL_ITEM_CD:102USER_ID:0000001728ADJUST_YN:NEMP_ID:A004819DEPT_CD:721CITE_RATE:0FILENAME:영재교육연구 22권2호-265-290.pdfDEPT_NM:지구과학교육과EMAIL:[email protected]:

Relation between the Personal and Social Factors and the Interacting Role of Science Gifted Students in Social Co-construction of Scientific Model Class

본 연구에서는 과학영재학생들의 내적 및 관계적 요소가 상호작용에 미치는 영향을 파악하고 자 하였다. 이를 위해 달의 위상변화와 출몰 시각 변화에 대하여 사회적 공동구성과 과학적 모델링을 강조한 수업에서 나타나는 과학 영재학생들의 상호작용에서의 역할을 분석하고 유 형별로 범주화하였으며, 선행 연구를 바탕으로 도출한 성격유형 · 자아개념 · 친구관계 · 부모관 계 · 교사관계의 5가지 요소를 설문지와 심층 인터뷰를 통해 파악한 뒤 상호작용의 양상과 학 생들에게서 나타난 각 요소의 연관성을 파악하였다. 분석 결과, 평소 친구와의 친밀도와 학교 수업 참여도가 상호작용과 연관성이 높은 요소로 나타났으며 성격유형이나 자아개념, 부모관 계의 영향은 상대적으로 적었다. 본 연구를 통해 학생들의 상호작용을 활발하게 만들기 위해 서는 개인 내부의 다양한 요인까지 고려해야 하며, 이를 위해 필요한 전략도 간접적으로 확 인할 수 있었다.interactions among science gifted students. For this, I analyze the interacting role of science gifted students in social co-construction and scientific model constructing class for phase change and rising-sinking time of moon and categorize according to type. I analyze aspects of interaction and association of each elements in the students after I understand character type · self conception · friendship · a parents-children relationship · relation with teachers derived from advanced research through questionnaire and depth interview. After analyzing, I find the following- close friendship form or not and usual school class participation appear important factors that have strong parents affect the interactions relatively lower. Through this study, We identify two things. Firstly, We must consider individual's inside factors for making animatedly the interaction among the students. Secondly, We get considering factors that devise the strategies for making the interaction animatedly. connectionOAIID:oai:osos.snu.ac.kr:snu2012-01/102/0000001728/3SEQ:3PERF_CD:SNU2012-01EVAL_ITEM_CD:102USER_ID:0000001728ADJUST_YN:YEMP_ID:A004819DEPT_CD:721CITE_RATE:0FILENAME:영재교육연구 22권2호-291-315.hwpDEPT_NM:지구과학교육과EMAIL:[email protected]: