FRASH: FRAM과 Flash를 위한 계층적 파일 시스템

Abstract

본 논문에서 바이트 단위로 접근 가능한 비 휘발성 메모리 중 하나인 FRAM과 낸드 플래시 메모리 계층적으로 이용한 새로운 파일시스템인 FRASH(File System for FRAM and NAND Flash)에 대해 다룬다. 비 휘발성 메모리와 낸드 플래시 메모리는 둘 다 전원을 제거해도 저장되어 있는 값이 유지되는 성질을 갖는다. 전자는 DRAM처럼 바이트 단위로 직접 빠르게 접근 가능하고, 후자는 블록단위로 주 메모리에 읽고 쓴 다음 CPU에서 접근하기 때문에 단점을 갖지만 고 용량으로 제조할 수 있다. FRASH 파일 시스템은 이 두 장치들의 물리적 특성에 맞게 다른 기능을 부여하여 파일시스템의 성능을 극대화 하는데 그 목적이 있다. FRASH는 기존의 Logged-structured 파일 시스템 구조의 낸드 플래시 메모리 파일 시스템의 느린 마운트 시간을 혁신적으로 개선 시켰다. FRASH 파일 시스템에서는 직접 접근가능 한 특성을 이용할 수 있도록 메타 데이터를 FRAM에 저장하여 마운트 시간을 줄였다. 하드웨어적인 측면에서도 우리는 현재 기술 수준에서 가장 큰 크기인 8MByte FRAM을 실제로 사용하였고 낸드 플래시 메모리와 함께 계층적인 저장 장치 구조를 개발하였다. 이 장치를 이용하여 FRASH 파일 시스템을 적용하였고 기존의 낸드 플래시 파일 시스템과의 비교 실험을 수행하였다. 그 실험으로 우리는 FRASH 파일 시스템이 마운트 시간 지연측면에서 기존 대비 약 5 배의 개선을 확인할 수 있었다.; In this work, we develop novel file system, FRASH, for byteaddressable NVRAM (FRAM) and NAND Flash device. Byte addressable NVRAM and NAND Flash is typified by the DRAM-like fast access latency and high storage density, respectively. Hierarchical storage architecture which consists of byte-addressable NVRAM and NAND Flash device can bring synergy and can greatly enhance the efficiency of file system in various aspects. Unfortunately, current state of art file system for Flash device is not designed for byte-addressable NVRAM with DRAM-like access latency. FRASH file system (File System for FRAM an NAND Flash) aims at exploiting physical characteristics of FRAM and NAND Flash device. It effectively resolves long mount time issue which has long been problem in legacy LFS style NAND Flash file system. In FRASH file system, NVRAM is mapped into memory address space and contains file system metadata and file metadata information. Consistency between metadata in NVRAM and data in NAND Flash is maintained via transaction. In hardware aspect, we successfully developed hierarchical storage architecture. We used 8 MByte FRAM which is the largest chip allowed by current state of art technology. We compare the performance of FRASH with legacy Its-style file system for NAND Flash. FRASH file system achieves x5 improvement in file system mount latency.