디지털 라이브러리[ 검색결과 ]
DRAM 없는 모바일 플래시 스토리지에서의 유효 페이지 추적 기법 연구
http://doi.org/10.5626/JOK.2025.52.5.357
모바일 시스템에서는 범용 플래시 스토리지(UFS)와 같은 모바일 플래시 기반 스토리지 장치를 사용한다. 이러한 장치는 작은 폼 팩터, 전력 및 비용 예산 등이 제한되어 대용량 내부 DRAM이 장착되어 있지 않다. 따라서 작은 SRAM만을 사용하여 플래시 변환 계층(FTL)을 운영하며, 이로 인해 주소 매핑 테이블과 가비지 컬렉션(GC) 관련 메타데이터 중 하나인 유효 페이지 비트맵을 SRAM에서 관리할 수 없다. 그럼에도 불구하고 유효 페이지 비트맵을 플래시 메모리에서 관리하는 방식은 많은 메타데이터 I/O로 인한 성능 하락으로 아직까지는 적절한 대안이 아니다. 본 논문에서는 블록당 L2P 세그먼트 비트맵을 관리하여 특정 블록의 효율적으로 유효 페이지를 추적하는 방식을 제안한다. 이 방식은 유효 페이지를 추적할 때 수행되는 메타데이터 액세스 오버헤드를 감소시켜 성능을 향상시킨다. 평가 결과를 통해 기존 방식보다 유효 페이지를 찾는 지연 시간이 최대 83% (128KB I/O 단위) 감소한 것을 확인할 수 있다.
SSD의 수명 및 성능 향상을 위한 F2FS 파일 시스템의 DISCARD 명령어 관리 기법
http://doi.org/10.5626/JOK.2024.51.8.669
DISCARD 명령어는 유효하지 않는 파일 시스템의 블록 정보를 SSD에 전달함으로써 SSD의 수명과 성능을 향상시키는데 도움이 되는 인터페이스이다. 그러나, F2FS 파일 시스템에서 DISCARD 명 령어는 유휴 시간에만 처리되기 때문에 수명과 성능의 향상에 한계를 보인다. 본 논문에서는 짧은 유휴 시 간에 DISCARD 명령어를 효율적으로 처리하기 위한 EPD 기법과 DISCARD 명령어를 덮어쓰기 명령으 로 대체하기 위한 세그먼트 할당 기법인 PSA기법을 제안한다. 제안 기법의 효과를 평가하기 위해 다양한 워크로드를 기반으로 실험을 진행하였으며 실제 SSD에서의 수명과 성능을 확인하였다. 그 결과, 제안 기 법이 기존 F2FS 대비 Write Amplification Factor (WAF)를 최대 40%, 처리량을 최대 160% 향상시킬 수 있음을 확인하였다.
유니커널을 위한 파일시스템 최적 설계 방안
http://doi.org/10.5626/JOK.2024.51.5.389
유니커널은 단일 응용과 서비스에 최적화된 특수목적용 커널이다. 범용 커널에 비해 빠른 부팅시간, 작은 메모리 풋프린트, 고성능과 보안이 장점이다. 유니커널상에서 구동가능한 애플리케이션들은 범용 커널의 런타임 환경과 호환성을 유지하여 기존 응용들을 바이너리 형태 혹은 소스 호환형태로 활용된다. 그런데, 대부분의 기존 유니커널 프로젝트들은 파일시스템과 관련한 시스템콜에 대해 성능 최적화보다는 애플리케이션 자체의 원활한 동작을 위한 API 구현에 초점을 맞추었다. 이에 따라 기존의 범용 파일시스템을 차용하거나 호스트 파일시스템에 의존적인 방식을 사용하였다. 본 논문에서는 보안성을 유지하면서 최소의 시스템 자원으로 최적의 성능을 얻고자 하는 유니커널의 취지를 고려하는 유니커널용 파일시스템의 설계 방안에 대해 기술한다. 구체적으로는 마이크로 벤치마크를 통해 주요 유니커널에서 지원하는 파일 시스템에 대한 성능과 메모리 요구량을 분석하고, 최적 성능과 보안성을 제공하기 위한 파일시스템 설계 방향을 제시한다.
이더리움 트랜잭션 데이터 기반 스토리지 트라이 최적화 연구
http://doi.org/10.5626/JOK.2024.51.2.110
블록체인에 대한 관심이 많아지고, 이더리움의 사용량이 증가함에 따라 블록체인 상태 데이터는 폭발적으로 증가하였는데, 이는 사용자의 네트워크 참여를 어렵게 만들었다. 본 논문에서는 상태 데이터의 상당수를 차지하는 스토리지 트라이를 과거 트랜잭션 데이터를 기반으로 최적화하는 방법을 제안하고자 한다. 본 연구에서는 1,400만 블록의 거대한 스토리지 트라이 중에서 100만 블록동안 한 번도 등장하지 않은 스토리지 트라이를 삭제하여 19.6%인 10.8GB의 저장공간을 줄였다. 본 논문의 연구 결과인 데이터 기반 스토리지 트라이 최적화를 기반으로 더욱 효과적인 스토리지 트라이 최적화를 제안할 수 있을 것으로 기대한다.
CSDVirt: 연산 스토리지 에뮬레이터
http://doi.org/10.5626/JOK.2024.51.1.1
연산 스토리지(CSD: Computational Storage Device) 개념이 등장한 이후로 학계와 업계에서 여러 형태의 연산 스토리지를 발표하고 있다. 연산 스토리지 인터페이스에 대한 표준화 논의는 현재 진행중이지만 아직 초기 단계이다. 따라서 발표된 연산 스토리지들은 인터페이스와 디바이스의 내부 구조가 통일되어 있지 않은 실정이다. 이는 연산 스토리지 연구를 위해서 디바이스 내부 구조부터 응용까지 많은 개발 작업이 필요하다는 것을 의미한다. 본 연구에서는 연산 스토리지 연구의 편의성 및 실제 디바이스와 비슷한 환경 제공을 위해 CSDVirt를 제안한다. CSDVirt는 NVMeVirt를 확장하여 연산 스토리지 기능을 제공하는 에뮬레이터이다. 본 에뮬레이터를 이용하여 기존 연구에서 제공되는 다양한 워크로드의 특성을 쉽게 확인할 수 있다.
OLTP 워크로드에서 쓰기-웜 페이지에 대한 고찰
http://doi.org/10.5626/JOK.2023.50.11.1002
버퍼 교체 정책의 중요한 목적 중 하나는 버퍼 풀에 자주 접근되는 데이터를 캐싱하여 디스크 I/O를 최소화하는 것이다. 그러나, 버퍼 풀에 참조 빈도가 높은 페이지들이 효과적으로 저장됨에도 불구하고, 적은 양의 페이지들에 의해 과도하게 많은 디스크 I/O가 발생할 수 있다. 이는 버퍼 풀에서 페이지가 축출될 때, 상대적으로 참조 빈도가 높은 쓰기-웜 페이지(Write-Warm Page)가 쫓겨나 해당 페이지에 대한 버퍼 풀 반입과 반출 과정이 반복되기 때문이다. 본 논문에서는 이러한 현상을 "웜 페이지 스레싱((Write-)Warm Page Thrashing)"이라고 정의하며, 디스크로 플러시 되는 페이지 중 10%에 해당하는 페이지들이 약 41%의 디스크 쓰기를 발생시키는 쓰기-웜 페이지의 존재를 확인하였다. 특히, 이는 읽기 대비 쓰기가 느린 플래시 저장장치에서 성능에 악영향을 미칠 수 있기 때문에, 이를 검출하고, 스레싱을 방지하는 새로운 버퍼 관리 정책을 필요로 한다.
모바일 저장장치 성능 향상을 위한 통합 호스트-저장장치 주소변환 테이블 캐시 관리기법
http://doi.org/10.5626/JOK.2023.50.11.924
최근 저장장치의 사이즈가 커지며 플래시 기반 저장장치의 주소변환 테이블 관리에 필요한 메모리 공간의 요구량 또한 점차 커지는 추세이다. 모바일 저장장치로 사용되는 UFS의 경우 하드웨어 및 가격적인 제약으로 인해 UFS 내장 SRAM 메모리 공간을 늘리기에 많은 어려움이 존재하여 늘어난 주소 변환 테이블 관리에 성능적 문제가 발생하게 된다. 이를 보완하기 위해, 호스트 DRAM 메모리를 사용해 주소변환 테이블의 일부를 적재할 수 있는 HPB 기법이 제안되었다. 본 논문에서는 호스트 메모리와 UFS의 SRAM이 통합적으로 관리되지 않아 주어진 자원을 낭비하는 문제를 발견하였고 두 캐시 계층의 특성을 고려한 통합 주소변환 테이블 관리기법을 제안한다. 본 기법을 통하여 낭비되는 캐시 자원을 최소화하고 저장장치 지연시간을 감소시키며 불필요한 저장장치 수명 저하를 방지할 수 있다. 모바일 응용 트레이스 기반으로 실험한 결과, 기존 관리기법 대비 캐시 적중률은 5% 향상하였고, 낭비되었던 캐시 공간 자원을 95% 감소하였으며 주소변환 테이블 업데이트로 발생되는 가비지 컬렉션 횟수가 43% 감소하였다.
ESP: Subpage 단위의 쓰기 명령어를 활용한 대용량 3D 플래시 메모리 기반 저장장치의 성능 및 수명 개선
http://doi.org/10.5626/JOK.2023.50.1.1
최근 대용량 3D NAND 플래시 메모리는 지속적으로 물리적인 페이지의 크기를 증가시키고 있다. 큰 크기의 페이지는 플래시 메모리의 용량을 늘리는 데는 유용하지만 작은 크기의 쓰기 요청이 지배적인 대부분의 응용에서 스토리지 시스템의 성능과 수명을 심각하게 저하시킨다. 본 논문은 작은 크기의 쓰기 요청을 처리하기 위해 동일한 페이지에 대하여 여러 번 순차적으로 쓰기 동작을 수행할 수 있는 ESP(Ease-Free Sub-Page Programming)라고 하는 새로운 NAND 쓰기 방식을 제안한다. ESP 방식은 데이터의 에러 특성을 활용하여 데이터 손실 없이 서브페이지 단위의 쓰기 동작을 구현함으로써 작은 쓰기로 인한 내부 단편화를 제거하여 스토리지 시스템의 가비지컬렉션 오버헤드를 줄일 수 있다. ESP를 지원하는 FTL(subFTL)을 구현하여 개선 효과를 검증한 결과 subFTL은 플래시 기반 저장장치 시스템의 IOPS와 수명을 각각 최대 74%와 177%까지 향상시켰다.
NVMe-oF를 활용한 LSM 트리 컴팩션 오프로딩
http://doi.org/10.5626/JOK.2022.49.7.569
NVMe-over-Fabrics(NVMe-oF)는 NVMe 명령을 통한 원격 NVMe SSD로의 빠른 접근을 가능하게 하여 분리형 저장장치(Storage)의 구성 방법으로 주목받고 있다. 본 논문은 NVMe-oF를 활용하여 분리형 저장장치 환경에 최적화된 LSM-트리 기반 키-값 저장소인 RocksDB-oF를 제안한다. RocksDB-oF는 NVMe-oF의 특성을 고려해 컴퓨팅 노드에서 저장장치 노드로 컴팩션을 오프로드 함으로써 컴팩션에 의한 쓰기 멈춤(Write Stall)을 완화했다. 또한, 저장장치 성능 개발 도구(SPDK)를 이용한 파일시스템은 동시에 같은 NVMe SSD에 접근하는 두 노드의 파일시스템 일관성 문제를 효과적으로 해결하였다. NVMe-oF를 활용해 분리형 저장장치 환경을 구성한 실험에서 RocksDB-oF는 기존 RocksDB 보다 높은 쓰기 처리량을 보여주었다.
합리적 부정기능을 지원하는 플래시 저장장치를 위한 새로운 플래시 명령어
http://doi.org/10.5626/JOK.2022.49.2.120
전통적인 암호화는 암호문의 존재를 숨기지 못해, 복호화 키를 강압적으로 요구하는 공격에 대응할 수 없다. 이를 해결하고자, 데이터의 존재를 부정할 수 있게 하는 Plausible Deniability 특성을 저장장치에 적용한 Deniable Storage 솔루션 연구가 있어왔다. 히든 볼륨은 타 메커니즘 대비 상대적으로 낮은 성능오버헤드를 가져 널리 활용되고 있으며, 최근에는 멀티스냅샷 공격에 대응 가능하도록 발전하였다. 하지만 히든 볼륨 메커니즘은 근본적으로 암호문을 숨기기 위한 랜덤데이터 풀을 필요로 하는데, 이로부터 Plausible Deniability 특성이 노출되어 데이터를 숨기려는 의도를 내비칠 수 있다는 문제점을 가진다. 본 논문은 데이터 세니타이제이션과 Plausible Deniability 특성을 동시에 지원하는 플래시 칩 수준 접근제어 커맨드셋을 제안하고, 이를 활용해 랜덤데이터 없이도 Plausible Deniability 특성을 지원하는 솔루션을 제안한다.
