IPSiNS: 낸드 플래시 메모리 기반 저장 시스템의 입출력 성능 평가를 위한 시뮬레이션 도구

Abstract

최근에 낸드 플래시 메모리는 임베디드 저장 장치로서 많이 사용되고 있을 뿐만 아니라 플래시 메모리의 저장 용량의 대용량화로 하드 디스크를 대체하는 SSD(solid state disk)와 같은 제품이 출시되고 있다. 낸드 플래시 메모리 기반 저장 장치는 하드디스크의 특성을 반영하여 설계된 운영체제의 각 요소들에 변화를 요구하게 된다. 특히, 운영체제의 버퍼교체정책은 히트 율을 최대화하는데 그 목적을 두고 설계되었기 때문에, 읽기와 쓰기 시간이 비대칭적인 낸드 플래시의 특성을 반영하지 못할 수 있다. 한편으로, 낸드 플래시 메모리 기반 저장장치를 블록 디바이스로 가상화하는데 사용되는 플래시 변환 계층(FTL)는 플래시 메모리의 특성만을 고려하여 설계되었다. 그러나 FTL 에서는 운영체제의 버퍼교체정책을 거쳐 발생되는 입출력 요청을 처리하기 때문에, 버퍼교체정책과 FTL 알고리즘은 큰 연관성을 가지게 된다. 따라서, 버퍼교체정책과 FTL 알고리즘을 동시에 고려하지 않고서는 플래시메모리 기반 저장장치를 사용하는 시스템의 전체적인 입출력 성능을 평가할 수 없으므로, 그 두 요소를 동시에 고려한 버퍼교체정책 또는 FTL 알고리즘에 대한 연구가 필요하다. 본 연구에서는 그러한 통합연구에 사용될 수 있는 입출력 성능 평가 도구인 IPSiNS를 개발하였다. IPSiNS는 입출력 시뮬레이션 결과를 주요 그래프와 다양한 통계자료로 출력하여 버퍼교체정책과 FTL 알고리즘의 연관관계를 밝히고, 새로이 개발된 알고리즘의 통합적 성능을 평가하는데 사용될 수 있다.; Flash Translation Layer(FTL) which enables NAND Flash memory-based storage system to be used as a block device is designed considering only characteristics of NAND Flash memory. However, since FTL processes I/O requests which survived against buffer replacement algorithm, FTL algorithm has tight relationship with buffer replacement algorithm. Therefore, if we do not consider both FTL and buffer replacement algorithms, it is difficult to predict the actual I/O performance of the computer systems that have Flash memory-based storage system. The necessity of FTL and buffer replacement algorithm co-design arises here. In this work, we implemented I/O performance evaluation tool, IPSiNS, which simulates both the buffer replacement and FTL algorithms, simultaneously. IPSiNS generates both visual output and raw data that can be used in not only investigating the relationship between buffer replacement algorithm and FTL algorithm but also designing novel algorithms for Flash memory-based storage systems.