보고서 정보
주관연구기관 |
단국대학교 DanKook University |
보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
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발행년월 | 2012-08 |
과제시작연도 |
2011 |
주관부처 |
교육과학기술부 Ministry of Education and Science Technology(MEST) |
등록번호 |
TRKO201300012045 |
과제고유번호 |
1345146689 |
사업명 |
중견연구자지원 |
DB 구축일자 |
2013-08-26
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키워드 |
그린 컴퓨팅.새로운 메모리 계층구조.인스턴트 부팅.단일 객체 관리자.중복제거.가상화 인지 디스크 레이아웃.Green Computing.SCM/SSD.Novel Memory Hierarchy.JANUS-FTL.Instant Booting.Single Object Manager.OP-FCL.Deduplication.Virtualization-aware disk layout.
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DOI |
https://doi.org/10.23000/TRKO201300012045 |
초록
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연구의 목적 및 내용
본 연구는 1) SCM, SSD를 위한 시스템 소프트웨어 기술 개발, 2) 가상화 그린 스토리지 기술 개발이라는 두 가지 목표를 갖는다. 이 목표를 달성하기 위하여 본 연구진은 다음 9가지의 연구 내용을 3년 동안 (1년에 3가지씩) 수행 하였다. 1) SCM을 도입한 새로운 메모리 계층 구조 설계 및 성능/전력 특성 분석, 2) SSD를 위한 페이지 수준/블록 수준 통합 FTL 개발, 3) 고성능 스토리지를 위한 파일 시스템 최적화 기술 개발, 4) SCM을 위한 인스턴트 부팅, 단일 메모리 관리자 개발
연구의 목적 및 내용
본 연구는 1) SCM, SSD를 위한 시스템 소프트웨어 기술 개발, 2) 가상화 그린 스토리지 기술 개발이라는 두 가지 목표를 갖는다. 이 목표를 달성하기 위하여 본 연구진은 다음 9가지의 연구 내용을 3년 동안 (1년에 3가지씩) 수행 하였다. 1) SCM을 도입한 새로운 메모리 계층 구조 설계 및 성능/전력 특성 분석, 2) SSD를 위한 페이지 수준/블록 수준 통합 FTL 개발, 3) 고성능 스토리지를 위한 파일 시스템 최적화 기술 개발, 4) SCM을 위한 인스턴트 부팅, 단일 메모리 관리자 개발, 5) SSD를 위한 실시간 JANUS-FTL 개발 및 QoS 보장 기법 개발, 6) 저전력 플래시 파일 시스템 기술 개발, 7) SSD, Disk로 구성된 hybrid 스토리지를 위한 통합 소프트웨어 개발, 8) 고효율/저전력 SSD를 위한 중복제거기법 및 신뢰성 향상 기법 개발, 9) 가상화 인지 디스크 레이아웃 기법 개발.
연구결과
위에 기술된 9가지 연구 내용별로 연구 결과를 요약하면 다음과 같다. 1) SCM이 도입될 경우 가능한 4가지의 메모리 계층 구조를 실제 임베디드 보드에 구축하고, RAM-SCM 구조가 최고의 성능을 제공하며, SCM-Only 구조가 최고의 저전력을 제공함을 분석하였다. 2)워크로드의 특성에 따라 최적의 블록, 페이지 관리 공간 분할이 존재함을 수학적으로 증명하고, JANUS_FTL을 개발하여 성능 향상을 검증하였다. 3) SSD의 특성을 고려한 Ext4 파일 시스템의 블록 할당 기법과 LFS 파일 시스템에서 Segment cleaning 시간 단축 기법을 설계하였다. 4) SCM의 XIP 특성을 활용하여 빠른 부팅을 설계하고, in-place update와 복사 없는 객체 전환을 제공하는 단일 객체 관리자를 개발하였다. 5) FTL 및 파일 시스템에서 시간 제약 조건을 만족하는 가비지 컬렉션 기법을 설계하였다. 6) TRIM을 활용하여 SSD의 관리 부하를 줄여, 성능 및 전력 소비를 줄일 수 있는 기술을 개발하였다. 7) SSD와 Disk로 구성된 하이브리드 저장 장치에서 캐싱을 많이 하는 것이 항상 좋은 것을 아니라는 흥미로운 현상을 발견하였으며, 이를 고려한 OP-FCL(Optimal Partitioning Flash Cache Layer) 기법을 제안하였다. 8) SSD에 중복제거가 도입되었을 때 효과를 모델 기반으로 분석하였으며, 최근성 기반 핑거프린트 관리, 샘플링 기반 필터링 등 SSD의 특성에 맞는 중복제거기술을 개발하였다. 9) 여러 개의 가상 머신들이 동시에 동작할 때, 탐색 거리를 줄일 수 있는 새로운 디스크 파티셔닝 기법을 설계하였다.
연구결과의 활용계획
(1) 학문적 발전에 기여: 본 연구 결과는 ACM Transactions on Embedded Computing Systems 등과 같은 저명한 SCI급 저널에 4편, USENIX FAST 등과 같은 국제 학술 대회에 8편, 국내 논문지에 2편 게재되었다. 특히 SCM을 위한 단일 메모리 관리자와 JANUS_FTL은 전 세계적으로 처음 제안된 것이며, 학문적 영향이 큰 것으로 기대된다.
(2) 경제적 기여: FTL은 SSD의 핵심 기술이며 삼성, SK하이닉스, 인디링스 등에서 JANUS_FTL에 대한 관심이 많다. 또한 본 연구에서 개발된 SSD를 위한 중복제거와 OP-FCL 기술은 업계에서 세미나를 요청하는 등 관심이 많으며, 본 연구의 경제적, 산업적 활용 가능성은 매우 높다.
(3) 인력 양성에 기여: 본 연구 결과 박사 연구원이 3명, 석사 연구원이 9명 배출되었으며, 이들은 차세대 컴퓨터 시스템, 시스템 소프트웨어, 스토리지 분야의 최신 기술을 익힌 우수한 인력들이다. 이들이 우리나라의 컴퓨팅 기술의 수준을 높이는데 큰 기여를 할 것으로 기대된다.
Abstract
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Purpose& contents
In this research, we have the two objectives; 1) development of system software for SCM and SSD, and 2) development of virtualization green storage. To achieve the objectives, we investigate the following 9 research topics for 3 years (3 topics per a year); 1) novel memory hiera
Purpose& contents
In this research, we have the two objectives; 1) development of system software for SCM and SSD, and 2) development of virtualization green storage. To achieve the objectives, we investigate the following 9 research topics for 3 years (3 topics per a year); 1) novel memory hierarchies with SCM and performance/energy tradeoffs, 2) an integrated block/page level FTL for SSD, 3) file system optimization techniques for high performance storage, 4) an instant booting and single object manager for SCM, 5) real-time JANUS_FTL and QoS enforcing techniques, 6) low-power flash file system, 7) software integration for hybrid storage consisting of SSD and disk, 8) deduplication and reliability enhancement schemes for SSD, and 9) virtualization-aware disk layout scheme.
Result
For each research topic, we have accomplished the following 9 outputs. 1) We design 4 feasible memory hierarchies with SCM. Then, we implement the hierarchies using a SCM-equipped embedded board and find out that the RAM-SCM hierarchy shows best performance while the SCM-Only hierarchy presents the lowest energy consumption. 2) We prove the existence of the optimal block and page-level partitioning point mathematically according to workload characteristics, and validate our proving by developing a new FTL, called JANUS_FTL. 3) We suggest a new allocation scheme for Ext4 file system and an efficient segment cleaning scheme for LFS. 4) We propose an instant booting using the XIP feature of SCM and a single object manager that supports an in-place update and no-copy object conversion mechanism. 5) We design a novel garbage collection scheme that satisfies a deadline requirement in FTL and flash file system. 6) We investigate a selective TRIM mechanism for reducing SSD management overheads. 7) We discover an interesting phenomenon that caching less affects positively on performance, and propose the OP-FCL scheme for hybrid storage consisting of SSD and disk. 8) We model the deduplication effects on SSD and explore several optimization techniques such as recency based fingerprint management and sampling based filtering. 9) We propose a new disk layout policy appropriate for virtualization environments where multiple virtual machines run concurrently.
Expected Contribution
(1) Academic Contribution: Our research results have been published on several prominent SCI journals (4 papers), international conferences (8 papers), and domestic journals (2 papers). Especially, some of our proposals such as the single object manager for SCM and JANUS_FTL are suggested for the first time in the world, which make an great impact on this research area.
(2) Economic Contribution: Several companies including Samsung, SKhynix, and Indilinx express an interest on our results while requesting seminars, especially for the topics about JANUS_FTL, deduplication, and OP-FCL. We expect that our results can provide a significant positive economic effect.
(3) Human contribution: During this research, we produce 3 Ph.D students and 9 master students who have the knowledge about the next generation computer system and system software. Experience gained by this research will be invaluable in helping Korea to improve its technical proficiency in green computing technologies.
목차 Contents
- 중견연구자지원사업(핵심연구) 최종보고서 ... 1
- 목 차 ... 3
- 연구계획 요약문 ... 4
- 연구결과 요약문 ... 5
- 한글요약문 ... 5
- SUMMARY ... 6
- 연구내용 및 결과 ... 7
- 1. 연구개발과제의 개요 ... 7
- 2. 국내외 기술개발 현황 ... 9
- 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 11
- 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 43
- 5. 연구결과의 활용계획 ... 46
- 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 47
- 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 49
- 8. 공동연구책임자 대표적 연구실적 ... 49
- 9. 참고문헌 ... 49
- 10. 연구성과 ... 53
- 11. 기타사항 ... 56
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