[논문]페이지 삭제정보를 활용하는 플래시 저장장치의 구조

정호영; 박성민; 강수용; 차재혁

문제 정의

그러나 [6] 또한 세부적인 구조에 대한 언급은 이루어지지 않고 있다. [7] 논문에서는 페이지 매핑을 사용하는 플래시 저장장치에서 삭제정보를 활용하는 방법에 대해 제안하 였다. [7]에서는 파일 시스템에서 삭제로 인해 페이지 무효 정보를 플래시 저장장치로 전달할 경우, 페이지 테 이블에서 해당 엔트리를 제거하여 이를 활용하는 방식 을 사용하고 있으며, 이 방식은 페이지 매핑을 사용할 경우에 적합하다.
무 효 페이지 테이블은 작은 크기로 큰 효과를 줄 수 있어 야만 한다. 따라서 무효 페이지 테이블을 위한 효과적인 교체 알고리즘이 필요하며, 본 논문에서는 관찰한 결과 를 토대로 블록 크기보다 작은 페이지들의 페이지 무효 화 정보를 우선적으로 교체하는 알고리즘을 제안하였다. 제안하는 알고리즘의 주요 사항은 다음과 같다.
본 논문에서는 파일 삭제시 발생하는 무효 페이지에 대한 정보를 저장하고 활용하는 플래시 메모리 저장장 치의 내부구조를 제안하고 해당 구조가 전체 시스템의 성능에 미치는 영향에 관해 기술하였다.
본 논문에서는 파일 시스템에서 전달하는 페이지 무 효 정보를 효과적으로 저장하고 이를 활용하는 플래시 메모리 저장장치의 세부구조를 제안하고 제안한 시스템 의 성능을 분석하였다. 시뮬레이션에 기반한 성능측정 결과 제안하는 시스템은 매우 작은 양은 메모리 비용으 로 효과적으로 페이지 무효화 정보를 저장하여 시스템 의 성능을 향상시키는 것으로 나타났다.
본 논문에서는 기존의 연구를 참조하여, 파일 시스템 .으로부터 전달받은 페이지 무효정보를 활용할 수 있는 새로운 플래시 메모리 저장장치 구조에 대해 제안한다. 제안하는 플래시 메모리 저장장치는 페이지 매핑, 블록 매핑, 로그 블록 매핑 등 현재의 모든 매핑 기법에 쉽게 적용될 수 있으며, 추가적인 비용 또한 매우 적게 효율 적으로 설계되었다.

제안 방법

또한 저장된 무효 페이지 테이블은 장치의 제거시 또 는 시스템 종료시 플래시 메모리의 특정 공간에 백업되 었다가 재시동시 이를 다시 불러 오도록 설계되었다. 따 라서 이들 정보는 예기치 못한 시스템의 종료시 저장되 지 못한 엔트리들에 대한 손실을 가져올 수 있으나, 이 들 정보는 삭제에만 관련된 정보이므로, 시스템예 필수 적인 정보는 아니다.
제안하는 플래시 메모리 저장장치는 페이지 매핑, 블록 매핑, 로그 블록 매핑 등 현재의 모든 매핑 기법에 쉽게 적용될 수 있으며, 추가적인 비용 또한 매우 적게 효율 적으로 설계되었다. 또한 제안한 시스템의 효율성을 입 증하기 위해 시뮬레이션 기반의 실험을 사용하였다.
먼저 실험을 위해서 512B〜64MB까지의 크기를 갖는 임의의 파일에 대해 생성/ 사용/ 삭제를 반복하는 실험 을 수행하였다. 각 파일의 접근 빈도 수명은 그림 4와 같이 zipf 분포를 따르며, 작은 크기의 파일이 더 많이 생성, 사용, 삭제되도록 설정하였다 파일 생성은 총 1,000,000회 반복하였으며, 이에 따라 약 5,300,000 건의 페이지쓰기 요청이 발생하였다.
본 논문에서는 기존의 연구를 참조하여, 파일 시스템 .으로부터 전달받은 페이지 무효정보를 활용할 수 있는 새로운 플래시 메모리 저장장치 구조에 대해 제안한다.

이론/모형

본 절에서는 제안하는 시스템에 대한 성능을 평가하 였다. 실험을 위해서 매핑 알고리즘은 ［8］에서 제안한 로그블록 매핑 방법을 사용하였다.

성능/효과

3.1예서 제안한 무효 페이지 테이블은 블록 병합시 수행되는 유효 페이지의 복사 회수를 감소시킴으로써 성능 향상을 가져 올 수 있다. 그러나 그림 1에서 볼 수 있듯이 이로 인한 성능 향상은 블록 크기보다 작 은 파일의 삭제할 경우 뚜렷하나, 블록보다 큰 대형파 일의 경우에는 이득이 없게 된다.
또한 256개의 엔트리를 사용할 경우 이미 충분한 성능에 도달되는 것으로 나타 났으며 512개 이상의 엔트리를 사용할 경우 최고 성능 에 도달하는 것으로 나타났다. 512개의 엔트리를 저장하 기 위해 필요한 용량은 전체 1,000,000회의 삭제 작업에 비해 매우 미미하며, 이는 블록 매핑 테이블의 크기보다 도 매우 작은 크기이다. 따라서 제안하는 시스템이 매우 작은 양의 메모리 비용으로도 효과적으로 동작하는 것 이 입증되었다.
먼저 실험을 위해서 512B〜64MB까지의 크기를 갖는 임의의 파일에 대해 생성/ 사용/ 삭제를 반복하는 실험 을 수행하였다. 각 파일의 접근 빈도 수명은 그림 4와 같이 zipf 분포를 따르며, 작은 크기의 파일이 더 많이 생성, 사용, 삭제되도록 설정하였다 파일 생성은 총 1,000,000회 반복하였으며, 이에 따라 약 5,300,000 건의 페이지쓰기 요청이 발생하였다.
512개의 엔트리를 저장하 기 위해 필요한 용량은 전체 1,000,000회의 삭제 작업에 비해 매우 미미하며, 이는 블록 매핑 테이블의 크기보다 도 매우 작은 크기이다. 따라서 제안하는 시스템이 매우 작은 양의 메모리 비용으로도 효과적으로 동작하는 것 이 입증되었다.
그림 8에서 볼 수 있듯이, 모든 삭제 정보를 저장할 경우 약 15%의 성 능향상이 있는 것으로 나타났다. 또한 256개의 엔트리를 사용할 경우 이미 충분한 성능에 도달되는 것으로 나타 났으며 512개 이상의 엔트리를 사용할 경우 최고 성능 에 도달하는 것으로 나타났다. 512개의 엔트리를 저장하 기 위해 필요한 용량은 전체 1,000,000회의 삭제 작업에 비해 매우 미미하며, 이는 블록 매핑 테이블의 크기보다 도 매우 작은 크기이다.
그러나 위의 실험과 같은 접근에서 페이지 무효 정보가 없을 경우 90% 이상의 확률로 삭제된 페이지가 유효 페이지로 간주되어 잘못된 블록을 삭제 대상으로 선택 하는 경우가 발생하였다. 본 논문에서 제안하는 시스템 의 경우 이러한 오류 없이, 알고리즘이 의도하는 블록을 정확히 선택하는 것이 가능해졌고, 이는 직관적으로 플 래시 메모리 저장장치의 수명 및 장기적인 관점에서의 성능 향상과 직결된다는 것을 알 수 있다.
본 논문에서는 파일 시스템에서 전달하는 페이지 무 효 정보를 효과적으로 저장하고 이를 활용하는 플래시 메모리 저장장치의 세부구조를 제안하고 제안한 시스템 의 성능을 분석하였다. 시뮬레이션에 기반한 성능측정 결과 제안하는 시스템은 매우 작은 양은 메모리 비용으 로 효과적으로 페이지 무효화 정보를 저장하여 시스템 의 성능을 향상시키는 것으로 나타났다. 제안하는 시스 템은 플래시 메모리 저장장치의 성능을 15% 향상시켰 으며, 특히 랜덤 쓰기를 효과적으로 감소시킨 것으로 나 타났다.
제안하는 교체 알고리즘으로 인해 본 시스템은 매우 적은 양의 메모리 비용으로도 효과적으로 동작하는 것 이 실험으로 입중되었다.
시뮬레이션에 기반한 성능측정 결과 제안하는 시스템은 매우 작은 양은 메모리 비용으 로 효과적으로 페이지 무효화 정보를 저장하여 시스템 의 성능을 향상시키는 것으로 나타났다. 제안하는 시스 템은 플래시 메모리 저장장치의 성능을 15% 향상시켰 으며, 특히 랜덤 쓰기를 효과적으로 감소시킨 것으로 나 타났다. 향후 과제로는 NVRAM을 활용하여, 시스템을 보다 안정적으로 개선하는 작업이 필요한 것으로 예상 된다.
으로부터 전달받은 페이지 무효정보를 활용할 수 있는 새로운 플래시 메모리 저장장치 구조에 대해 제안한다. 제안하는 플래시 메모리 저장장치는 페이지 매핑, 블록 매핑, 로그 블록 매핑 등 현재의 모든 매핑 기법에 쉽게 적용될 수 있으며, 추가적인 비용 또한 매우 적게 효율 적으로 설계되었다. 또한 제안한 시스템의 효율성을 입 증하기 위해 시뮬레이션 기반의 실험을 사용하였다.
제안한 시스템은 파일 시스템으로부터 전달받은 페이 지 무효 정보를 저장하고 이를 플래시 메모리의 삭제, 병합 등 내부 연산에 활용한 결과 기존의 플래시 메모 리 저장장치와 비교하여, 시스템의 IO 성능을 약 15%향상시키는 것으로 나타났다.

후속연구

표에서 보는 것처럼, 무효 페이지 테이블을 사용 할 경우, 많은 양의 추가 쓰기를 감소시킨 것을 볼 수 있 으며, 이는 블록 병합시 무효 페이지 복사로 인한 랜덤 쓰기가 감소했기 때문으로 분석된다. 따라서 표 1에 따 르면 제안하는 시스템은 플래시 메모리 저장장치의 랜덤 쓰기 성능 또한 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다.
제안하는 시스 템은 플래시 메모리 저장장치의 성능을 15% 향상시켰 으며, 특히 랜덤 쓰기를 효과적으로 감소시킨 것으로 나 타났다. 향후 과제로는 NVRAM을 활용하여, 시스템을 보다 안정적으로 개선하는 작업이 필요한 것으로 예상 된다.

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