[논문]SSD FTL 캐시 알고리즘 분석 및 제언

정태윤; 이형봉

doi:10.3745/ktccs.2023.12.1.1

SSD FTL 캐시 알고리즘 분석 및 제언
Analysis and Advice on Cache Algorithms of SSD FTL 원문보기

정보처리학회논문지. KIPS transactions on computer and communication systems 컴퓨터 및 통신 시스템, v.12 no.1, 2023년, pp.1 - 8

정태윤 (강릉원주대학교 전자공학과) , 이형봉 (강릉원주대학교 컴퓨터공학과)

초록
AI-Helper

SSD는 이미 할당된 페이지에 대한 제자리 덮어쓰기가 불가능하므로 쓰기 연산이 있을 때마다 새로운 클린 페이지로의 대체가 필요하다. 이 문제를 지원하기 위해 SSD는 운영체제의 파일시스템에서 관리하는 논리 페이지를 현재 할당된 물리 페이지로 매핑하는 플래시 변환 계층인 FTL을 내부에 둔다. 쓰기 연산으로 버려진 SSD 페이지는 초기화 작업을 거쳐 재활용되어야 하는데, 그 횟수에 제한이 있기 때문에 FTL은 기본인 페이지 매핑 기능 외에 쓰기 횟수를 줄일 수 있는 캐시 기능을 제공한다. 이 연구에서는 쓰기 횟수를 줄이기 위한 FTL의 캐시 방법론에 집중하여 관련된 알고리즘들을 분석하고, 쓰기 전용 캐시 전략을 제안한다. 시뮬레이터를 사용하여 쓰기 전용 캐시를 실험한 결과 최대 29%의 개선 효과를 보였다.

Abstract ▼ AI-Helper

It is impossible to overwrite on an already allocated page in SSDs, so whenever a write operation occurs a page replacement with a clean page is required. To resolve this problem, SSDs have an internal flash translation layer called FTL that maps logical pages managed by a file system of operating system to currently allocated physical pages. SSD pages discarded due to write operations must be recycled through initialization, but since the number of initialization times is limited the FTL provides a caching function to reduce the number of writes in addition to the page mapping function, which is a core function. In this study, we focus on the FTL cache methodologies reducing the number of page writes and analyze the related algorithms, and propose a write-only cache strategy. As a result of experimenting with the write-only cache using a simulator, it showed an improvement of up to 29%.

주제어

표/그림 (12)

그림 Fig. 1. Position of the FTL Cache
표 Table 1. Read/Write Latency Characteristics of SSDs
그림 Fig. 2. FTL Read/Write Procedures using Write-only Cache
그림 Fig. 3. Block Diagram of the Simulator
그림 Fig. 4. Data Structure for the OS IO Stub
표 Table 2. Read/Write Latency Characteristics of HDDs
그림 Fig. 5. A Sample Code of the OS Stub for the Simulator
그림 Fig. 6. Effectiveness of the Write-only Cache
표 Table 3. Field Trace Data for the Experiment
표 Table 4. Definition of Workloads for the Experiment
그림 Fig. 7. Latency Burden of the Write-only Cache
표 Table 5. Comparison of the Hit Ratio and Total Latency(LRU)

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