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NAND 플래시 메모리 파일 시스템의 설계

NAND 플래시 메모리 파일 시스템의 설계. Design of a File System on NAND Flash Memory 2005.11 박성환 ( shpark@dislab.hufs.ac.kr ). 목 차. 서론 플래시 메모리 플래시 메모리 기반의 파일 시스템의 설계 시스템 구조 메타 데이터의 구조 데이터 수정 실험 및 성능 평가 시뮬레이션과 작업부하의 설계 실험 결과 결론 및 향후 과제. 서론. 플래시 메모리의 특성 임의 접근이 가능한 메모리 데이터 수정시 쓰기 연산 전에 초기화 연산 수행

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NAND 플래시 메모리 파일 시스템의 설계

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Presentation Transcript

  1. NAND 플래시 메모리 파일 시스템의 설계 Design of a File System on NAND Flash Memory 2005.11 박성환 (shpark@dislab.hufs.ac.kr)

  2. 목 차 • 서론 • 플래시 메모리 • 플래시 메모리 기반의 파일 시스템의 설계 • 시스템 구조 • 메타 데이터의 구조 • 데이터 수정 • 실험 및 성능 평가 • 시뮬레이션과 작업부하의 설계 • 실험 결과 • 결론 및 향후 과제 NAND 플래시 메모리 파일 시스템의 설계

  3. 서론 • 플래시 메모리의 특성 • 임의 접근이 가능한 메모리 • 데이터 수정시 쓰기 연산 전에 초기화 연산 수행 • 플래시 메모리 특성에 맞는 플래시 파일 시스템을 설계 • 메타 데이터의 구조 및 데이터 수정 기법을 제안 • 메모리 공간을 효율적으로 사용하기 위함 • 쓰기 연산 비용을 줄이기 위함 • 로그 구조 파일 시스템에 기반을 둠 • Log-Structured File System • 크기가 큰 파일의 데이터를 변경할 경우 전체의 데이터를 다시 써준다는 가정 NAND 플래시 메모리 파일 시스템의 설계

  4. 플래시 메모리 • NOR 플래시 메모리 • 버스 형태의 인터페이스를 가짐 • 임의 접근이 가능 • CPU에 직접 연결되어 code를 직접 수행 가능 • 집적도가 낮고 고가임 • NAND 플래시 메모리 • NOR 플래시 메모리보다 블록단위의 삭제 연산 속도가 빠름 • 쓰기 연산 또한 빠름 • 임의 접근이 느리고 읽기 쓰기 연산이 페이지 단위임 • 집적도가 높고 저가이며 대용량에 적합함 NAND 플래시 메모리 파일 시스템의 설계

  5. 플래시 메모리 기반의 파일 시스템의 설계 • 위치 정보 영역 • 고정된 위치 • 메타 데이터의 위치 정보를 저장 • Mount를 빠르게 실행 가능 • 메타 데이터 및 데이터 영역 • 위치 정보 영역을 제외하고 세그먼트와 블록 단위로 할당 • 메타 데이터는 데이터 영역의 위치 정보를 저장 • Mount를 빠르게 실행 가능 • RAM에 파일들의 위치를 유지 가능 NAND 플래시 메모리 파일 시스템의 설계

  6. 메타 데이터 구조 • 파일에 대한 정보 저장 • 하나의 페이지에 기록 • 512Bytes • 지원하는 파일의 크기에 제한이 됨 • 메타 데이터를 링크드리스트로 저장 • 4GB파일크기 지원 NAND 플래시 메모리 파일 시스템의 설계

  7. 데이터 수정 • 수정되기 이전의 파일 데이터를 읽어 옴 • 수정하려는 파일의 데이터와 위에서 읽어온 데이터를 비교하여 수정되는 데이터의 위치와 크기를 조사함 • 수정되는 데이터를 기록할 영역을 할당함 • 메타 데이터의 정보를 갱신하여 플래시 메모리에 저장. 메타 데이터를 위해 새로운 세그먼트를 할당받은 경우에는 위치 정보 영역에 갱신된 메타 데이터의 위치를 기록 • 3에서 할당받은 데이터 영역에 수정된 데이터 기록이 완료되면 수정되기 이전의 데이터를 무효화함 NAND 플래시 메모리 파일 시스템의 설계

  8. 시뮬레이션과 작업부하의 설계 • 40개의 블록으로 구성된 64MB 용량의 플래시 메모리 • 40 * 16K = 640K 밖에 안됨 (4000블록으로 예상) • 본 실험은 수정된 데이터만 플래시 메모리에 쓰는 경우를 실험 • 파일 생성 후, 1KB단위로 데이터를 수정하여 파일의 크기가 10KB가 될 때 총 쓰기 횟수 측정 • 파일 생성 후, 10KB단위로 데이터를 수정하여 파일의 크기가 100KB가 될 때 총 쓰기 횟수 측정 NAND 플래시 메모리 파일 시스템의 설계

  9. 실험 결과 • 쓰기 양을 감소시키는데 중점을 둠 • FFS (Flash File System) • 데이터 수정시 모든 데이터를 다시 쓰는 기법 • RFFS (Robust Flash File System) • 수정된 데이터만을 기록한 후 , 메타 데이터와 위치 정보 데이터를 기록 • RFFS-ML • 메타 데이터와 위치 정보 데이터 쓰기의 영향을 알아보기 위해 데이터 수정 시 수정된 데이터만 기록하고 메타 데이터와 위치 정보 데이터는 기록하지 않음 NAND 플래시 메모리 파일 시스템의 설계

  10. 실험 결과 (Cont) • RFFS와 RFFS-ML이 우수한 성능을 발휘함 • RFFS와 RFFS-ML을 비교하면 메타 데이터와 위치 정보 데이터로 인한 오버헤드가 크지 않음을 알 수 있음 • 수정되는 데이터 양이 많을수록 메타 데이터와 위치 정보 데이터로 인한 오버헤드가 상대적으로 작아짐 NAND 플래시 메모리 파일 시스템의 설계

  11. 결론 및 향후과제 • 플래시 메모리의 수명연장을 위해 메타 데이터와 데이터를 수정하는 새로운 기법을 제안함 • 데이터 수정시 수정된 데이터와 메타 데이터및 위치 정보 데이터만을 수정함으로 해서 쓰기 횟수를 줄임 • 향후에는 좀 더 효율적인 데이터 수정 기법을 위한 연구가 계속되어야 할 것임 NAND 플래시 메모리 파일 시스템의 설계

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