효율적 공간 활용을 위한 슬롯 공유 필터의 설계 및 구현

Abstract

대용량 데이터를 저장하기 위해 사용되는 데이터베이스, 스토리지 시스템 등의 분야에서 특정 데이터의 존재 여부 (existence)를 효율적으로 판단하기 위해 approximate membership query (AMQ) 자료구조가 널리 사용된다. AMQ는 적은 양의 메모리만을 사용하며 빠른 접근 속도로 데이터 처리 시간을 단축한다. 대표적 AMQ 자료구조인 쿠쿠 필터 (Cuckoo Filter)는 빠른 조회와 삭제 기능을 제공해주지만, 데이터 적재율 (load factor) 이 높아질수록 연쇄적인 원소 제거 발생 빈도가 높아짐에 따라 삽입 성능이 저하되는 문제가 존재한다. 이를 해결하기 위해 본 논문에서는 버킷 간 슬롯 공유를 통해 버킷의 슬롯이 소진되는 시점을 지연시킨다. 버킷의 슬롯 상태를 관리함으로써 연쇄적인 원소 제거 발생 비율을 최소화하여 이로 인한 삽입 성능 저하를 방지한다. 또한 슬롯을 공유하여 사용함으로써 첫 번째 버킷에서 특정 원소의 조회 성공 비율을 높일 수 있게 된다. 실험을 통해 제안하는 슬롯 공유 기법이 기존의 쿠쿠 필터 대비 데이터 적재율이 50% 이상인 상황에서 첫 번째 버킷으로의 데이터 삽입 성공율을 10% 이상 향상시키며, 연쇄적인 원소 제거 횟수를 5배 이상 감소시킴을 확인하였다. 또한, 첫 번째 버킷에서의 조회 성공 비율을 최대 17% 높일 수 있음을 확인하였다.