SSD I/O 성능 향상을 위한 PID 기반 버퍼 관리기법의 설계 및 구현

Abstract

디스크 기반의 저장장치는 디스크 스케줄링 정책에 적합한 버퍼 관리 알고리즘을 사용하여 읽기, 쓰기 성능을 극대화시킨다. 하지만 플래시메모리 기반의 저장장치는 디스크 장치와는 다른 고유한 특성을 갖기 때문에 그에 적합한 새로운 버퍼 관리 알고리즘들이 제안되었다. 플래시메모리는 이미 사용된 페이지에 쓰기 요청이 발생하면 블록 전체를 삭제하고 재사용하여야 하는 결점이 존재하기 때문에 버퍼 계층에서 최대한 많은 쓰기 요청을 처리하는 것이 저장장치의 성능을 향상시키는 요인이 된다. 따라서 플래시메모리 기반 저장장치의 버퍼 관리 알고리즘은 쓰기 요청 데이터를 요청 빈도에 따라 hot 데이터와 cold 데이터로 구분하여 관리하는 것이 효율적이다. 쓰기 요청된 hot 데이터는 버퍼영역에 유지하여 빈번하게 발생하는 플래시메모리의 업데이트를 처리하고, cold 데이터는 플래시메모리에 즉시 반영하는 것이 플래시메모리의 빈번한 접근을 막을 수 있어 저장장치의 성능과 안정성 향상에 유리하다. 이와 같이 쓰기 요청 데이터를 hot 데이터와 cold 데이터로 구분하여 처리하는 것은 플래시메모리의 성능과 안정성 향상에 크게 기여하지만, 잘못된 hot/cold 데이터 구분은 오히려 저장장치 시스템의 성능에 악영향을 끼칠 수 있다. 또한, 정확한 hot/cold 데이터 구분을 위해 프로세서와 메모리 자원을 크게 소비하는 것은 전체 시스템의 성능 저하를 유발한다. 본 논문은 프로세스 ID와 쓰기 데이터의 섹터 크기를 이용한 hot/cold 데이터 구분 방식을 제안한다. 또한, 이 방식을 이용한 FTL 매핑 알고리즘의 구현 가능성에 대해 조사한다. 기존의 hot/cold 구분 방식과 제안하는 방식을 각 플래시메모리 기반 버퍼 관리 알고리즘에 적용하여 비교한 결과, 제안하는 방식이 최대 15% 향상된 응답속도와 최대 20% 안정적인 내구성을 보임을 검증하였다.