접근빈도에 따른 SSD 저장장치의 데이터 할당 및 교체와 SSD 기반 RAID 시스템에서 패리티 디스크의 중복제거

Title
접근빈도에 따른 SSD 저장장치의 데이터 할당 및 교체와 SSD 기반 RAID 시스템에서 패리티 디스크의 중복제거
Authors
양유석
Keywords
접근빈도에따른ssd저장장치의데이터할당및교체와ssd기반raid시스템에서패리티디스크의중복제거
Issue Date
2012
Publisher
인하대학교
Abstract
SSD는 낸드 플래시 메모리의 배열로 구성되어 있기 때문에 HDD와는 달리 블록 당 쓰기 가능 횟수가 정해져 있고, 덮어쓰기가 불가능 하다는 특성을 가지고 있다. 이와 같이 기존의 하드 디스크와는 다른 특징을 갖는 SSD를 효과적으로 관리하기 위해 FTL을 이용한다. 또한 현재 HDD에 비해 입출력 성능이 좋은 SSD 기반의 RAID 시스템이 활성화 되고 있으나, SSD를 사용하여 RAID 시스템을 구현 할 경우 SSD의 쓰기 횟수 제한 문제와 빈번한 쓰기 연산으로 인한 전력소모의 문제가 발생한다. 본 논문에서는 첫째로, SSD 내부에 PRAM을 접근빈도 체크영역 및 로그 블록과 Hot 데이터를 저장하는 영역으로 할당하여 접근빈도에 따라 데이터를 할당하는 기법 및 교체기법을 제안한다. 제안된 첫 번째 방법은 접근빈도에 따라 Cold 데이터는 플래시 메모리에 할당하며 덮어쓰기가 가능한 PRAM에 로그 블록과 접근 빈도가 높은 데이터를 할당함으로써, 합병 연산 및 삭제 연산을 줄여 SSD의 성능과 수명을 향상시킬 수 있다. 또한 용량의 한계가 있는 PRAM의 활용률을 높이기 위해 데이터 교체 방법을 사용한다. 실험결과 삭제연산의 경우 제안한 방법이 BAST에 비해 약 46%정도 FAST에 비해 약 38%정도 횟수가 감소되었고, 쓰기 성능의 경우 각각 기존 BAST, FAST에 비해 34%, 19%의 성능이 향상되었고, 읽기 성능 역시 각각 5%, 3%의 성능 향상을 보였다. 본 논문에서는 두 번째로 갱신 비용이 많이 드는 SSD 기반의 RAID 시스템에서 parity 디스크의 중복된 데이터를 제거하는 방법을 제안한다. 제안한 두 번째 방법은 parity 데이터의 chunk 보다 작은 크기로 분할하고, 중복된 데이터를 제거 하여 쓰기 연산을 줄이고 마모도 및 전력 소모를 낮춘다. 실험결과 EVENODD 코드를 사용한 RAID-6 시스템의 경우 제안한 방법이 전체 디스크의 약 16%, parity 디스크에서 31% 마모도의 감소를 보였으며, 30% 전력 감소를 보여 중복제거기법을 사용하지 않았을 때 보다 성능이 증가 한 것을 알 수 있다. RAID-5 시스템에서는 전체 디스크의 약 12%, parity 디스크의 32%의 마모도 감소를 보였고, 전력소모의 경우 36%의 전력 소모 감소를 보인다.
Description
목차 3 그림 목차 7 표 목차 11 국문 요약 13 영문 요약 15 제 1 장 17 Ⅰ. 서 론 18 Ⅱ. 관련연구 21 2. 1. SSD의 특징 21 2. 2. BAST 23 2. 3. FAST 25 2. 4. PRAM 26 Ⅲ. 접근 빈도 따른 데이터 할당 및 교체 기법 27 3. 1. 데이터 할당기법 27 3. 2. 데이터 교체 방법 33 Ⅳ. 실험 및 성능 평가 35 4. 1. 실험 환경 35 4. 2. 접근빈도 한계 값과 데이터교환을 위한 N값 36 4. 3. 로그 블록 수에 따른 삭제 연산 37 4. 4. 제안된 구조에 따른 쓰기/읽기 성능 분석 39 Ⅴ. 결 론 41 참고 문헌 42 제 2장 44 Ⅰ. 서 론 45 Ⅱ. 관련연구 47 2. 1. RAID-6 47 2. 2. EVENODD 코드 48 Ⅲ. Parity 디스크의 중복제거 49 3. 1. SSD를 이용한 RAID 시스템 49 3. 2. 중복제거 기법 51 3. 3. 제안하는 Parity 디스크의 중복 제거 52 Ⅳ. 실험 및 성능 평가 57 4. 1. 실험 환경 57 4. 2. EVENODD 코드를 사용한 RAID-6 시스템의 실험 결과 58 4. 3. RAID-5 시스템의 실험 결과 61 Ⅴ. 결 론 64 참고 문헌 65 그림 1. 1. 제안하는 SSD의 구성도 19 그림 1. 2. 플래시 메모리 컨트롤러의 기본 구조 22 그림 1. 3. BAST 기법 24 그림 1. 4. FAST 기법 25 그림 1. 5. 맵핑 방법 28 그림 1. 6. FTL 구조 29 그림 1. 7. 제안하는 저장장치 전체 구조 30 그림 1. 8. PRMA을 이용한 데이터 할당 방법 31 그림 1. 9. 데이터 교체 순서도 33 그림 1. 10. 접근빈도와 N값에 따른 실행시간 비교 36 그림 1. 11. 로그 블록 수에 따른 소거횟수 차이 비교 37 그림 1. 12. 삭제연산 횟수의 비교 38 그림 1. 13. 쓰기/읽기 성능 비교 39 그림 2. 1. 기본적인 RAID-6 시스템 47 그림 2. 2. EVENODD 코드 구조 48 그림 2. 3. Read-Modify-Write 연산 49 그림 2. 4. RAID 시스템의 데이터 병렬 저장 방법 52 그림 2. 5. 중복제거를 이용하는 RAID 시스템 53 그림 2. 6. Chunking 기법 54 그림 2. 7. 중복제거 기법 55 그림 2. 8. Chunk 크기에 대한 읽기/쓰기 성능 비교 58 그림 2. 9. RAID-6에서 제안한 방법의 마모도 비교 59 그림 2. 10. RAID-6에서 전력소모 성능 비교 59 그림 2. 11. RAID-6에서 제안한 방법의 입출력 성능 비교 60 그림 2. 12. RAID-5에서 제안한 방법의 마모도 비교 61 그림 2. 13. RAID-5에서 전력소모 성능 비교 62 그림 2. 14. RAID-5에서 제안한 방법의 입출력 성능 비교 62 표 1. 1. MLC 낸드플래시와 PRAM의 성능 비교 26 표 1. 2. 실험 환경 35 표 2. 1. 실험 환경 57
URI
http://dspace.inha.ac.kr/handle/10505/23514
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College of Engineering(공과대학) > Electronic Engineering (전자공학) > Theses(전자공학 석박사 학위논문)
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