본 연구의 결과는 크게 다음의 4가지로 정리할 수 있다. (1) SCM을 탑재한 내장형 시스템 제작 및 리눅스(Linux) 이식: 본 연구진은 대표적인 SCM인 FRAM과 NAND 플래시 메모리, 그리고 기존의 휘발성 메모리인 SDRAM을 탑재한 임베디드 보드를 제작하고, 여기에 리눅스 운영체제를 이식하였다. 또한 RAM-Flash, RAM-SCM, SCM-Flash, SCM-Only라는 4가지 시스템 구조를 제안하고 성능 및 전력 측면에서 장단점을 분석하였다. (2) 통합 스토리지 관리자(Unified Storage M
본 연구의 결과는 크게 다음의 4가지로 정리할 수 있다. (1) SCM을 탑재한 내장형 시스템 제작 및 리눅스(Linux) 이식: 본 연구진은 대표적인 SCM인 FRAM과 NAND 플래시 메모리, 그리고 기존의 휘발성 메모리인 SDRAM을 탑재한 임베디드 보드를 제작하고, 여기에 리눅스 운영체제를 이식하였다. 또한 RAM-Flash, RAM-SCM, SCM-Flash, SCM-Only라는 4가지 시스템 구조를 제안하고 성능 및 전력 측면에서 장단점을 분석하였다. (2) 통합 스토리지 관리자(Unified Storage Manager) 개발: SCM은 비휘발성이라는 스토리지 특성과 바이트 단위 임의 접근이라는 주기억장치의 특성을 동시에 제공한다. 본 연구에서는 두 가지 특성을 효과적으로 활용할 수 있는 SCM driver와 SCM manager로 구성되는 새로운 소프트웨어 계층 구조를 개발하고 in-place update와 복사 줄임과 같은 성능 향상 기법을 개발하였다. (3) 나노 스레드 개념을 도입한 인스턴트 부팅: 인스턴트 부팅은 전통적인 부팅 과정 없이 시스템을 즉각적으로 동작시키는 기술로, 이를 위해서는 적은 부하로 시스템의 문맥을 저장/복원할 수 있어야 한다. 본 연구에서는 XIP(eXecution In Place)가 가능하고 비휘발성이라는 SCM의 특성을 활용하여 시스템 문맥을 일관성 있게 저장/복원하는 기법을 개발하였다. 또한 CPU와 장치의 문맥을 저장할 수 있도록 짧은 시간동안 별도의 전원을 공급하는 회로를 구축하여 예기치 못한 전원 결함의 경우도 복원할 수 있도록 하였다. (4) SCM의 특성을 활용한 성능 향상 기법: 본 연구에서는 SCM을 플래시 메모리의 쓰기 버퍼(write buffer)로 활용하여, 플래시 메모리의 쓰기 및 삭제 연산을 줄였으며 결국 성능 향상 및 수명 연장의 효과를 얻을 수 있었다. 또한 플래시 메모리의 garbage collection 성능이 순수도(uniformity)에 의해 크게 좌우됨을 발견하고 이를 고려한 새로운 페이지 할당 정책을 개발하였다. 한편, 저비용으로 시간 이동 (time shift) 기능을 제공하는 LTFTL(Light-weight Time-shift FTL)을 설계하였으며, 신뢰성을 향상시킬 수 있음을 검증하였다.
Abstract▼
The results of this research can be summarized as follows: (1) Build an embedded board equipped with SCM and port Linux kernel on the board: We have built an experimental embedded board consisting of two SCMs, FRAM and NAND flash memory, and one traditional volatile memory, SDRAM, and have ported
The results of this research can be summarized as follows: (1) Build an embedded board equipped with SCM and port Linux kernel on the board: We have built an experimental embedded board consisting of two SCMs, FRAM and NAND flash memory, and one traditional volatile memory, SDRAM, and have ported Linux kernel on the board. Then, we have investigated four feasible system organizations, namely RAM-Flash, RAM-SCM, SCM-Flash, SCM-Only and have evaluated trade-offs among the organizations in terms of performance and energy-efficiency. (2) Development of an unified storage manager: SCM has characteristics of not only non-volatility but also byte-unit random accessibility. We have designed an unified storage manager, consisting of two software layers, SCM driver and SCM manager, that can utilize both characteristics seamlessly. The manager also employs some novel schemes such as in-place update and copy-reducing to accelerate performance. (3) Instant booting based on nano thread concept: Instant booting is a technology that can start systems instantly without the traditional non-trivial booting time. It requires a mechanism that suspends and resumes system context rapidly. By using the characteristics of SCM that supports XIP(eXecution In Place) and non-volatility, we have proposed a fast and consistent suspend/resume mechanism. Besides, we have built a hardware device that can sustain power during a short period, enabling to restore system context even under a sudden power failure. (4) Performance enhancement schemes: We have applied SCM as a write buffer of flash memory, which makes it possible to diminish write requests into flash memory leading to performance and lifetime enhancement. Also, we have observed that the uniformity of flash memory influences the overheads of the garbage collection mechanism in flash memory greatly and have designed an uniformity-improving page allocation policy. Finally, we have designed a LTFTL (Light-weight Time-shift FTL) that supports time shift capability without considerable overheads, which can be used effectively to enhance reliability.
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