낸드 플래시 메모리의 응답 지연시간 최소화를 위한 선점방식 가비지 컬렉션 기법

Abstract

낸드 플래시 메모리는 FTL의 페이지 매핑 연산과정으로 인하여 특정 페이지가 무효화되었음에도 불구하고 물리적으로 소거되지 않은 상태로 플래시 메모리 공간을 점유하는 문제가 발생할 수 있다. 따라서 플래시 저장장치의 제어기는 플래시 기반 저장장치의 지속적인 쓰기 성능 유지와 저장 용량 확보를 위해 무효 페이지를 물리적으로 제거하고 유효 페이지를 수집하는 가비지 컬렉션 연산을 수행해야 한다. 하지만 다수의 블록을 대상으로 가비지 컬렉션 연산을 수행할 경우, 많은 페이지 복사와 블록 삭제 연산들로 인한 저장장치 응답 지연현상이 발생할 수 있다. 본 논문에서는 낸드 플래시 저장장치에 적용 가능한 효과적인 선점방식 가비지 컬렉션 메커니즘을 제안한다. 선점방식 가비지 컬렉션 기법은 블록 맵의 데이터 구조를 간단히 수정하여, 단일 블록을 대상으로 가비지 컬렉션을 수행한다. 이 기법의 유효성은 플래시 저장장치의 제어기가 페이지 복사와 블록 삭제 연산을 세부 단위로 분할하는 것이 가능하므로 가비지 컬렉션이 수행되는 도중에 요청되는 호스트의 요청에 즉각적으로 응답가능하다는 것이다.Due to page re-mapping operations of FTLs, in NAND flash memory devices, the flash storage may suffer from a lack of capacity problem although the programmed pages are invalidated. Therefore, in order to sustain flash write performance and prolong the storage lifespan, the flash storage controller should conduct a garbage collection operation, whose goal is to physically eliminate invalid pages and collect valid pages from data blocks. However, the large number of page copy and block erase operations may cause a high response latency if the controller manages multiple number of garbage collection blocks. In this paper, we propose an efficient preemptive garbage collection mechanism. The preemptive garbage collection scheme uses a single block garbage collection operation by simply modifying the data structure of block map entries. The effectiveness of the proposed scheme is that the victim block selection overhead can be efficiently reduced; hence, the responsiveness to host requests is significantly improved.