초록

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플래시 메모리는 하드디스크와 다른 물리적 특성을 가지고 있다. 대표적으로 덮어쓰기가 되지 않고 데이터를 읽고 쓰는 단위와 지우는 단위가 서로 다르다. 이러한 물리적 제약을 소프트웨어적으로 보완해주기 위해서 플래시 메모리를 사용하는 시스템에서는 대부분 Flash Translation Layer (FTL)을 사용한다. 지금까지 FTL 알고리즘의 대부분이 임의 쓰기 패턴보다 순차 쓰기 패턴에 훨씬 더 효율적으로 작용한다. 그러나 B-트리와 같은 자료구조에서는 일반적으로 순차 쓰기 패턴 보다는 임의 쓰기 패턴이 발생된다. 따라서 플래시 메모리상에서 B-트리를 관리할 경우 FTL에 비효율적인 쓰기 패턴을 생성하게 된다. 본 논문에서는 플래시 메모리상에서 B-트리와 같은 자료구조를 효율적으로 저장 관리하기 위한 새로운 방식을 제안한다. 새로운 방식은 B-트리에서 발생되는 임의 쓰기를 플래시 메모리상의 버퍼를 이용하여 FTL에 효율적인 순차 쓰기를 발생시킨다. 실험 결과, 본 논문에서 제안하는 방식은 기존의 방식보다 플래시 메모리에서 발생되는 쓰기 및 블록소거 연산 횟수를 60%이상 감소시킨다.

플래시 메모리는 하드디스크와 다른 물리적 특성을 가지고 있다. 대표적으로 덮어쓰기가 되지 않고 데이터를 읽고 쓰는 단위와 지우는 단위가 서로 다르다. 이러한 물리적 제약을 소프트웨어적으로 보완해주기 위해서 플래시 메모리를 사용하는 시스템에서는 대부분 Flash Translation Layer (FTL)을 사용한다. 지금까지 FTL 알고리즘의 대부분이 임의 쓰기 패턴보다 순차 쓰기 패턴에 훨씬 더 효율적으로 작용한다. 그러나 B-트리와 같은 자료구조에서는 일반적으로 순차 쓰기 패턴 보다는 임의 쓰기 패턴이 발생된다. 따라서 플래시 메모리상에서 B-트리를 관리할 경우 FTL에 비효율적인 쓰기 패턴을 생성하게 된다. 본 논문에서는 플래시 메모리상에서 B-트리와 같은 자료구조를 효율적으로 저장 관리하기 위한 새로운 방식을 제안한다. 새로운 방식은 B-트리에서 발생되는 임의 쓰기를 플래시 메모리상의 버퍼를 이용하여 FTL에 효율적인 순차 쓰기를 발생시킨다. 실험 결과, 본 논문에서 제안하는 방식은 기존의 방식보다 플래시 메모리에서 발생되는 쓰기 및 블록소거 연산 횟수를 60%이상 감소시킨다.

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• 연구 주제
• 연구 방법
• 연구 결과

문제 정의

• 블록소거 연산이 데이터 처리 시간에 큰 영향을 미친다. 따라서 본 실험에서는 플래시메모리에서 발생하는 페이지 쓰기와 블록 소거 연산의 횟수를 측정함으로써 쓰기 버퍼의 성능에 대한 우수성을 검증한다.
• 본 논문에서는 플래시 메모리상에서 B-트리를 생성, 변경 할 때 플래시 메모리에서 발생되는 연산 비용을 감소시키는 방식을 제안한다. 제안하는 방식은 플래시 메모리의 일부분을 쓰기 버퍼로 사용하여 임의쓰기 패턴을 순차(seq니ential) 쓰기 패턴으로 변환하여 FTL 에 효율적으로 작용하도록 구성되며, 그 결과 플래시 메모리에서 발생하는 비용을 크게 감소시킨다.
• 본 논문에서는 플래시 메모리상에서 B-트리를 생성, 변경할 때 발생되는 비용을 낮추기 위해서 쓰기 버퍼를 제안했다. 쓰기 버퍼 블록의 개수가 많을 수록성능은 향상되며, 쓰기 버퍼 블록의 개수가 32개일 때와 쓰기 버퍼를 사용하지 않을 때의 쓰기 및 블록 소거 연산 횟수는 업데이트되는 키의 개수와 FTL에따라 60~85% 정도 감소된다.

가설 설정

• 한다. 플래시 메모리상에서 B-트리를 설계할 때 하나의 B- 트리 노드는 플래시 메모리상에서 하나 또는 여러 개의 페이지에 저장될 수 있는데, 본 논문에서는 하나의 노드는 하나의 페이지에 저장된다고 가정한다. 따라서 노드 정보가 수정되면 기존의 노드 정보가 저장된 페이지의 섹터를 수정하는 쓰기 연산(즉, 덮어쓰기)이 FTL에서 발생하게 된다.

제안 방법

• BFTL 의 단점인 검색성능을 향상 시키기 위해서, BOF[2]에서는 하나의 동일한 노드 안의 키 값들을 같은 페이지에 저장시켜 하나의 노드에 접근하기 위해서 하나의 페이지만을 읽는 방법을 제안하였다. 그러나 이 기법은 B-트리를 생성할 때 임의(「andom) 쓰기 패턴으로 인해 많은 덮어쓰기를 F「L에 발생 시켜 플래시 메모리의 전체 연산 비용을 증가시키는 단점을 가지고 있다.
• 본 장에서는 플래시 메모리상에서 B-트리를 생성, 변경할 때 FTL에 발생되는 비효율적인 임의 쓰기 패턴을 효율적인 순차 쓰기 패턴으로 변환시키기 위한 방식과 세부적인 알고리듬을 설명한다.
• 나뉘어 진다. 본 절에서는 FTL에 효율적으로 작용하는 쓰기 패턴을 분석하기 위해 디지털카메라(Kodak DC₂₉0)에서 추출한 순차 쓰기 패턴을 임의 쓰기 패턴으로 재구성 하여, 쓰기 패턴에 따른 FTL의 성능을 분석하였다. 그 결과, 그림 3과 같이 순차 쓰기 패턴이 임의 쓰기 패턴보다 FTL 에 효율적으로 작용되어, 플래시 메모리에서 발생하는 연산 비용이 감소되는 것을 확인할 수 있었다.
• 실험 환경은 표 3과 같으며 키 업데이트 횟수와 쓰기 버퍼 블록의 개수를 변화시켜 성능을 측정한다, FTLe성능이 우수한 BAST, FAST 기법을 모두 사용한다.
• 이러한 플래시 메모리의 물리적 특성을 고려해서 BFTL[1]e 플래시 메모리상에서 B-트리를 생성할 때 덮어쓰기를 최대한 지연시키기 위해서 서로 다른 노드에 새로 삽입된 키 값들을 비어있는 페이지에 함께 저장하였다. 이러한 기법은 덮어쓰기 지연으로 B- 트리의 생성 비용을 감소시켜주지만 하나의 노드 안에 있는 키 값들이 서로 다른 페이지에 분산되어 저장되기 때문에 하나의 노드에 접근하기 위해서 여러 개의 페이지를 읽어야 하는 문제점을 가지게 되며, 이로 인해 검색성능이 크게 악화된다.
• 발생한다. 이렇게 쓰기 연산이 발생된 페이지들을 FTL로 곧 바로 보내면 임의 쓰기 패턴이 발생하기 때문에, 본 논문에서 제안하는 방식에서는 이러한 페이지들을 FTL로 보내지 않고 쓰기 버퍼 관리자로 보낸다. 쓰기 버퍼 관리자는 쓰기 연산이 발생된 각각의 페이지들 마다, 여러 개의 쓰기 버퍼 블록 중에서 쓰기 버퍼 블록 한 개를 선정하여, 선정된 블록 안에 비어있는 페이지에 임시저장하는데, 이때 논리 블록 번호가 같은 페이지들은 같은 쓰기 버퍼 블록에 모아진다.

대상 데이터

• 이다. 따라서 쓰기 버퍼 블록을 32개 사용하더라도 512KB 만을 버퍼 공간으로 사용하게 된다. 이 용량은 4GB의 플래시 메모리를 사용한다고 가정하였을 경우 전체공간의 0.

이론/모형

• 쓰기. 블록소거연산 횟수를 비교한 것이다, FTL 은 FAST 기법을 사용하였으며 X축은 업데이트 되는 키의 개수를 의미하는 것으로 오만~오십만 번까지 실험한 것이다. 업데이트 되는 키의 개수에 따라 쓰기 연산 횟수가 60~70%이상 감소하는 것을 볼 수 있다.

성능/효과

• B-트리 쓰기 패턴 분석 결과와 FTL에 효율적인 쓰기 패턴 분석 결과를 종합한 결고h B-트리에서 발생되는임의 쓰기 패턴은 FTL에 비효율적인 쓰기 패턴이어서 플래시 메모리에서 발생되는 연산 비용을 증가시킨다. 따라서 이러한 임의 쓰기 패턴을 FTL에 효율적인 순차 쓰기 패턴으로 변환하면 플래시 메모리에서 발생되는연산 비용을 게 감소 시킬 수 있다.
• 본 절에서는 FTL에 효율적으로 작용하는 쓰기 패턴을 분석하기 위해 디지털카메라(Kodak DC₂₉0)에서 추출한 순차 쓰기 패턴을 임의 쓰기 패턴으로 재구성 하여, 쓰기 패턴에 따른 FTL의 성능을 분석하였다. 그 결과, 그림 3과 같이 순차 쓰기 패턴이 임의 쓰기 패턴보다 FTL 에 효율적으로 작용되어, 플래시 메모리에서 발생하는 연산 비용이 감소되는 것을 확인할 수 있었다.
• 제안했다. 쓰기 버퍼 블록의 개수가 많을 수록성능은 향상되며, 쓰기 버퍼 블록의 개수가 32개일 때와 쓰기 버퍼를 사용하지 않을 때의 쓰기 및 블록 소거 연산 횟수는 업데이트되는 키의 개수와 FTL에따라 60~85% 정도 감소된다. 또한 플래시 메모리에서 사용하는 버퍼로 인한 공간 오버헤드가 거의 없으며 블록 소거 연산의 감소로 데이터 처리 시간을 크게단축시켜주고 플래시 메모리의 내구성을 향상시킨다.
• 이러한 쓰기 연산의 감소는 플래시 메모리에서 발생되는 블록 소거 연산에도 영향을 미쳐 블록소거 연산도 60~70% 정도 감소함을 알 수 있다. 이러한 블록소거 연산의 감소는 플래시 메모리에서 데이터가 처리되는 시간을 크게단축시켜주고 또한 플래시 메모리의 각 블록이 안정적으로 소거될 수 있는 횟수가 유한하다는 점을감안할 때 플래시 메모리의 내구성을 크게 향상 시키는 결과를 가져온다.
• 감소시키는 방식을 제안한다. 제안하는 방식은 플래시 메모리의 일부분을 쓰기 버퍼로 사용하여 임의쓰기 패턴을 순차(seq니ential) 쓰기 패턴으로 변환하여 FTL 에 효율적으로 작용하도록 구성되며, 그 결과 플래시 메모리에서 발생하는 비용을 크게 감소시킨다. 본 논문의 구성은 다음과 같다.

후속연구

• 향후 연구로는 희생자로 선정된 쓰기 버퍼 블록에서 최신 데이터를 모두 FTL 에 보내는 방식보다 더 효율적인 알고리듬을 설계하고 쓰기 패턴 외에 FTL에효율적으로 작용될 수 있는 요소를 연구해서 B-트리의 생성변경 비용을 개선시킬 수 있을 것이다.

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