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문제 정의
- 본 논문에서는 SSD의 블록 당 쓰기 가능 횟수 제한 문제와 I/O 성능을 향상시키기 위하여 유효데이터 중복제거 및 무효데이터 재활용 기법을 제안하였다. 제시된 기법은 파일시스템에서 유효데이터 중복제거를 하고 FTL에서 무효데이터 재활용을 함으로써 쓰기 횟수를감소시켰고 그에 따라서 가비지 컬렉션 횟수도 감소하였다.
제안 방법
- Synthetic, General, Sysmark의 세 가지 워크로드에서 무효데이터 재활용 기법만을 적용했을 때 가비지 컬렉션 경계값에 따른 무효데이터의 중복률을 측정했다. 그림 4를 보면 가로축의 경계값이 작을수록 세로축의 중복률이 증가한다.
- 가비지 컬렉션의 경계값인 5%를 기준으로 제안한 기법, 무효데이터 재활용, 유효데이터 중복제거, 일반적인 방법의 네가지 경우를 비교하였다. 중복제거 및 재활용이 적용되지 않았을 때의 쓰기 횟수를 기준으로 정규화한 결과를 그림 5에 나타내었다.
- 예약 중복제거 방식은 입력데이터를 우선 스토리지에 저장한다. 그 후에 호스트 시스템의 유휴시간(Idle Time)에 저장된 데이터를 중복검사하여 중복제거를 한다. 예약 중복제거는 즉시 중복제거를 하지 않기 때문에 쓰기 연산 중에 병목현상은 없지만 입력데이터를 우선 스토리지에 저장한 후에 중복검사를 하기 때문에 즉시 중복제거에 비해서 추가적인 저장공간이 필요하다는 단점이 있다[12].
- 마지막으로 각 기법들의 I/O 지연시간을 비교하였다. 핑거프린트를 생성하고 비교하는 과정에서 지연시간이 생기지만 I/O 지연시간이 긴 가비지 컬렉션 횟수가 감소하여 제안한 기법에서 I/O 성능은 약간 상승하였다.
- 본 논문에서 제안하는 기법은 유효데이터 중복제거와 무효데이터 재활용을 동시에 수행함으로써 더 높은 중복제거율을 얻을 수 있는 기법이다. 기존의 중복제거기법과의 차이점은 중복검사의 범위가 유효데이터에서 무효데이터까지 확장되었다는 점이다.
- 본 논문에서 제안한 기법은 유효데이터와 무효데이터에 대해서 중복제거를 고려하는 기법으로 무효데이터는 SSD의 무효페이지(Invalid Page)에 저장되어 있는 데이터를 의미하고 유효데이터는 유효페이지(Valid Page)에 저장된 데이터를 의미한다[6].
- 제안한 기법은 유효데이터 중복제거와 무효데이터 재활용 과정으로 분류된다. 유효데이터의 중복제거를 위해서 파일시스템에 중복제거 컨트롤 계층인 Dedup 계층을 추가했다. 무효데이터 재활용은 무효페이지가 유효페이지로 전환되는 과정을 거쳐야하기 때문에 유효 데이터의 중복제거와 다르게 SSD의 FTL에서 실행한다.
- 다수 중복이 발생한 유효데이터를 한 곳의 삭제 요청으로 삭제한다면 참조하고 있던 다른 곳에서는 실제 데이터가 삭제되어 오류가 발생한다[13]. 이런 오류를 방지하기 위해서 레퍼런스 카운트를 유효데이터의 메타정보로 추가하였다. 레퍼런스 카운트는 초기값으로 1이 주어지고 중복이 발생할 때마다 1씩 증가시킨다.
- 를 비교하였다. 일반적인 방법은 DiskSim을 제안한 논문을 이용하여 실험하였다. 실험을 위하여 우선적으로 고려하여야 할 사항은 가비지 컬렉션의 최적의 경계값을 구하는 것이다.
- 제안한 기법은 유효데이터 중복제거와 무효데이터 재활용 과정으로 분류된다. 유효데이터의 중복제거를 위해서 파일시스템에 중복제거 컨트롤 계층인 Dedup 계층을 추가했다.
대상 데이터
- 1개의 블록은 64개의 페이지를 포함하였으며 페이지와 블록에 대한 기본 설정과 읽기, 쓰기, 삭제의 지연시간 설정은 다음의 표 1과 같다.
- SSD의 총 용량은 64GB로 설정하였고 워크로드는 3가지를 사용하였다. Disksim 4.
데이터처리
- 성능을 측정하기 위하여 제안한 기법의 경우, 무효데이터만 재활용 할 경우[6], 유효데이터 중복제거 기법인 CAFTL의 경우[7], 중복제거 및 재활용 하지 않는 일반 적인 경우[1]를 비교하였다. 일반적인 방법은 DiskSim을 제안한 논문을 이용하여 실험하였다.
이론/모형
- 유효데이터의 중복제거는 입력데이터를 Dedup 계층에서 즉시중복제거 방법을 사용하여 실행한다. 입력데이터를 청킹할때 청크 단위는 SSD의 페이지 크기로 고정청킹한다.
성능/효과
- 제시된 기법은 파일시스템에서 유효데이터 중복제거를 하고 FTL에서 무효데이터 재활용을 함으로써 쓰기 횟수를감소시켰고 그에 따라서 가비지 컬렉션 횟수도 감소하였다. 그 결과 SSD의 마모도가 향상되었고 I/O 성능이 향상되었음을 확인 할 수 있었다.
- 각각의 워크로드 별로 가비지 컬렉션의 횟수를 그림6에 나타내었다. 쓰기 횟수 비교에서와 마찬가지로 제안한 기법이 General 워크로드에서 약 20%로 가장 가비지 컬렉션 횟수가 적었다.
- 버퍼의 사용량이 상한 경계값을 초과할 경우 즉시 중복제거를 중지하고 사용량이 하한 경계값 이하일 경우 즉시 중복제거를 실행하면서 병목현상과 중복제거의 성능을 조절한다. 위의 방법을 통해서 CAFTL은 효과적으로 SSD에서 중복 제거를 실행하였다.
- 본 논문에서는 SSD의 블록 당 쓰기 가능 횟수 제한 문제와 I/O 성능을 향상시키기 위하여 유효데이터 중복제거 및 무효데이터 재활용 기법을 제안하였다. 제시된 기법은 파일시스템에서 유효데이터 중복제거를 하고 FTL에서 무효데이터 재활용을 함으로써 쓰기 횟수를감소시켰고 그에 따라서 가비지 컬렉션 횟수도 감소하였다. 그 결과 SSD의 마모도가 향상되었고 I/O 성능이 향상되었음을 확인 할 수 있었다.
- 기존의 중복제거기법과의 차이점은 중복검사의 범위가 유효데이터에서 무효데이터까지 확장되었다는 점이다. 제안한 기법으로 쓰기 횟수를 감소시키고 가비지 컬렉션 횟수를 줄여서 SSD의 마모도와 I/O 성능을 향상 시킬 수 있다.
- 중복제거 및 재활용이 적용되지 않았을 때의 쓰기 횟수를 기준으로 정규화한 결과를 그림 5에 나타내었다. 제안한 기법이 General 워크로드에서 약 30%로 가장 쓰기횟수가 많이 감소하였고 그 다음으로 유효데이터 중복제거 기법, 무효데이터 재활용 기법 순으로 쓰기 횟수가 감소하였다. 워크 로드 별로는 General 워크로드가 가장 많이 쓰기횟수를감소시켰다.
- 마지막으로 각 기법들의 I/O 지연시간을 비교하였다. 핑거프린트를 생성하고 비교하는 과정에서 지연시간이 생기지만 I/O 지연시간이 긴 가비지 컬렉션 횟수가 감소하여 제안한 기법에서 I/O 성능은 약간 상승하였다. 그림 7에서 보면 General 워크로드에서 약 9% 정도로 가장 많이 감소한 것을 알 수 있다.
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