부분 가비지 컬렉션을 이용한 로그 구조 파일시스템의 쓰기 성능 개선

Partial Garbage Collection Technique for Improving Write Performance of Log-Structured File Systems

최근 플래시 저장장치의 사용이 대중화되면서 플래시 저장장치의 특성에 맞는 로그 구조 파일시스템에 대한 관심도 높아지고 있다. 로그 구조 파일시스템은 사용자의 임의 쓰기를 파일시스템에서 순차 쓰기로 바꾸어 처리한다. 이 순차 쓰기를 유지하기 위해 파일시스템에서 가비지 컬렉션(Garbage Collection)을 해 주어야 하는데, 이때 오버헤드로 인해 쓰기 성능이 감소하는 것을 막기 위한 기법으로 SSR (Slack Space Recycling)이 제시되었다. 그런데, SSR은 임의 쓰기를 발생시키기 때문에, 임의 쓰기 성능이 낮은 저가형 저장장치에서 쓰기 성능을 감소시키는 문제가 있다. 본 논문에서 제시하는 부분 가비지 컬렉션은 SSR방식으로 데이터를 기록하기 전에 유효한 블록들을 일부만 복사하여 옮김으로써 무효화 된 공간의 크기를 늘려 임의 쓰기 수를 줄여서 쓰기 성능을 증가시키는 기법으로, SD 카드에서 쓰기 성능을 최대 두 배 이상 증가시켰다.

Recently, flash storages devices have become popular. Log-structured file systems (LFS) are suitable for flash storages since these can provide high write performance by only generating sequential writes to the flash device. However, LFS should perform garbage collections (GC) in order to reclaim obsolete space. Recently, a slack space recycling (SSR) technique was proposed to reduce the GC overhead. However, since SSR generates random writes, write performance can be negatively impacted if the random write performance is significantly lower than sequential write performance of the target device. This paper proposes a partial garbage collection technique that copies only a part of valid blocks in a victim segment in order to increase the size of the contiguous invalid space to be used by SSR. The experiments performed in this study show that the write performance in an SD card improves significantly as a result of the partial GC technique.