• 한국컴퓨터정보학회:학술대회논문집
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• 한국컴퓨터정보학회 2019년도 제59차 동계학술대회논문집 27권1호
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• pp.415-418
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• 2019

최근 사용자 대화형(user-interactive) 응용들은 OS에게 많은 양의 메모리를 빈번하게 요구한다는 특징을 보인다. 응용의 메모리 할당 요청이 발생하면 OS는 할당할 페이지의 초기화 작업을 필수적으로 수행하는데, 빈번하게 발생하는 페이지 초기화 작업이 응용의 성능을 저하시키고 있다. 기존 리눅스 기반 시스템은 페이지 초기화 지연을 단축하기 위해 CPU의 캐시에 매핑되어 있어서 초기 값을 빠르게 쓸 수 있는 페이지인 캐시-핫(cache-hot) 페이지를 우선적으로 할당한다. 하지만 기존 리눅스는 각 코어별로 캐시-핫 페이지를 인식하고 관리하며, 다른 코어가 관리하는 캐시-핫 페이지에는 접근할 수 없다. 이러한 정책 때문에 다른 코어가 공유 캐시(shared cache)에 매핑된 캐시-핫 페이지를 관리하고 있더라도, 이를 할당받지 못하고 캐시-콜드(cache-cold) 페이지를 할당받는 경우가 발생한다. 본 논문에서는 공유 캐시에 매핑된 것으로 추정되는 캐시-핫 페이지를 별도로 인식하고 공유 캐시에 매핑된 것으로 추정되는 캐시-핫 페이지를 모든 코어가 활용할 수 있게 하여, 응용이 캐시-핫 페이지를 할당받을 확률을 기존 기법보다 높이는 향상된 캐시-핫 페이지 할당 기법을 제안한다. 제안된 기법은 페이지 할당 요청이 발생하면 먼저 각 코어의 사유 캐시에 매핑된 것으로 추정되는 캐시-핫 페이지를 우선적으로 할당하고, 할당에 실패하면 공유 캐시에 매핑된 것으로 추정되는 캐시-핫 페이지를 할당한다. 이를 통해 캐시-핫 페이지를 할당받을 확률을 기존 기법보다 높이고, 결과적으로 평균 페이지 초기화 지연을 단축한다. 제안된 기법을 리눅스 커널 4.18.10버전 기반 환경에서 구현하여 실험한 결과, 평균 페이지 초기화 지연이 기존 리눅스 시스템과 비교하여 약 7% 단축되었다.

• 정보과학회 논문지
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• 제43권5호
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• pp.524-530
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• 2016

기존보다 데이터를 빠르게 접근하기 위한 노력과 비-휘발성 메모리의 발전은 메모리 파일 시스템 연구에 큰 기여를 해왔다. 메모리 파일 시스템은 파일 입출력의 고성능을 위해서 기존에 사용하는 읽기-쓰기 입출력보다 오버헤드가 적은 메모리 맵 파일 입출력을 사용하도록 제안하고 있다. 하지만 메모리 맵 파일 입출력을 사용하게 되면서 페이지 테이블을 구축할 때 발생하는 오버헤드가 전체 입출력 성능의 큰 부분을 차지하게 되었다. 또한 같은 파일이 반복적으로 접근될 때마다 페이지 테이블을 매번 삭제하기 때문에, 오버헤드가 불필요하게 중복되어서 발생한다는 점을 발견했다. 본 논문이 제안하는 매핑 캐시는 이러한 중복되는 오버헤드를 제거하기 위해서, 매핑이 해제될 때 파일의 페이지 테이블을 제거하지 않고 저장하고 있다가 다시 접근될 때 이를 재활용할 수 있도록 고안한 기법이다. 매핑 캐시는 기존 파일 입출력 성능보다 2.8배, 그리고 웹서버 전체 성능보다 12% 향상을 보였다.

• 한국정보과학회:학술대회논문집
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• 한국정보과학회 2011년도 한국컴퓨터종합학술대회논문집 Vol.38 No.1(A)
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• pp.547-550
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• 2011

플래시 메모리는 낮은 전력 소비와 높은 성능으로 인해 휴대용 기기에 널리 사용되고 있다. FTL은 플래시 내 자료를 관리하는 소프트웨어 계층으로 플래시 전체의 성능에 영향을 끼친다. 그 중 페이지 레벨 매핑 기법을 적용한 FTL은 유연성이 높고 속도가 빠르나 주소 변환 테이블의 크기가 큰 단점이 있다. 이를 해결하기 위해 자주 접근되는 영역의 매핑 주소만을 매핑 테이블 캐시에 올려놓는 Demand-based FTL(DFTL)이 제안되었다. DFTL 에서는 CMT(Cache Mapping Table)의 참조율이 떨어지는 경우 빈번한 플래시 메모리 접근 오버헤드가 발생하게 된다. 이러한 문제는 흔히 발생하는 일반적인 순차 접근에서조차 문제가 된다. 이에 본 논문에서는 저장 장치의 접근 패턴을 예측하여 CMT의 참조 엔트리를 미리 읽어오는 기법을 제안한다. 제안하는 기법은 저장 장치 접근 패턴의 순차성을 판단하여 연속된 매핑 주소를 미리 CMT에 올려놓고, 읽어오는 매핑 주소 엔트리의 양은 동적으로 관리한다. 추가적으로 CMT에서 발생하는 스래싱(thrashing) 을 파악하기 위해 쫓겨나는 희생 엔트리의 접근 여부를 분석하여 이를 활용하였다. 실험 결과에서 본 기법은 기존의 DFTL에 비해 약간의 공간 오버헤드와 함께 평균 50% 증가한 참조율을 보였다.

• 한국컴퓨터정보학회논문지
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• 제26권2호
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• pp.11-18
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• 2021

SSD의 FTL에서는 호스트로부터 요청된 논리적 페이지 번호를 실제 기록된 플래시 메모리 페이지 번호로 매핑하는 작업을 한다. 매핑 정보를 관리하기 위해서 사용되는 RAM의 용량을 줄이는 것은 매우 중요하다. 기존의 요구기반 FTL에서는 매핑 정보도 플래시 메모리 페이지에 기록하고 그들의 주소만 RAM에 테이블로 관리하는 2단계 방법을 적용하였다. 그러나 SSD의 용량이 수십 테라바이트 수준으로 늘어나고 있으므로 이 방법만으로는 충분하지 않다. 본 논문에서는 소요되는 RAM의 용량을 획기적으로 줄이기 위해서 매핑 정보를 3단계로 관리하는 방법인 ML-FTL을 제안하고 그 성능을 평가하였다. 캐시를 적절히 활용함으로써 기존의 2단계 방법에 비해서 오버헤드가 늘어나는 정도가 미미하다는 것을 확인하였다.

• 정보처리학회논문지:컴퓨터 및 통신 시스템
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• 제12권1호
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• pp.1-8
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• 2023

SSD는 이미 할당된 페이지에 대한 제자리 덮어쓰기가 불가능하므로 쓰기 연산이 있을 때마다 새로운 클린 페이지로의 대체가 필요하다. 이 문제를 지원하기 위해 SSD는 운영체제의 파일시스템에서 관리하는 논리 페이지를 현재 할당된 물리 페이지로 매핑하는 플래시 변환 계층인 FTL을 내부에 둔다. 쓰기 연산으로 버려진 SSD 페이지는 초기화 작업을 거쳐 재활용되어야 하는데, 그 횟수에 제한이 있기 때문에 FTL은 기본인 페이지 매핑 기능 외에 쓰기 횟수를 줄일 수 있는 캐시 기능을 제공한다. 이 연구에서는 쓰기 횟수를 줄이기 위한 FTL의 캐시 방법론에 집중하여 관련된 알고리즘들을 분석하고, 쓰기 전용 캐시 전략을 제안한다. 시뮬레이터를 사용하여 쓰기 전용 캐시를 실험한 결과 최대 29%의 개선 효과를 보였다.

• 한국정보과학회논문지:컴퓨팅의 실제 및 레터
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• 제16권3호
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• pp.371-375
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• 2010

SSD는 NAND 플래시 메모리 기반의 저장장치로 속도가 빠르고, 전력 소모량이 작으며, 충격과 진동에 강하다는 좋은 특성 때문에 PC뿐 아니라 스토리지 서버 등에서도 사용되는 경우가 늘고 있다. NAND 플래시 메모리는 덮어쓰기가 불가능하다는 제약이 있으므로 SSD에서는 일반적으로 FTL이라고 불리는 소프트웨어 계층을 사용한다. 다양한 형태의 FTL 중 페이지 단위 변환에 기반한 FTL은 유연성이 높고 효율적인 쓰레기 수집 작업이 가능하다는 점에서 가장 성능이 좋다고 알려져 있다. 한편 이 방법은 64GB MLC SSD의 경우 64MB 크기의 변환 테이블이 메모리에 올라와 있을 것을 요구하므로 현실적인 사용이 제한되어 있다. 본 논문에서는 효율적인 캐시 구조를 통해 SSD에서도 순수한 페이지 단위 변환을 사용하는 방법을 제안한다. 제안된 방법에서는 매핑 테이블 메타 데이터를 사용해 완전 연관 캐시를 구성하고 캐시크기에 무관하게 O(1)시간에 주소를 변환한다 다양한 환경에서 수집한 트레이스를 이용한 시뮬레이션 결과 32KB의 캐시 공간의 경우 80% 이상, 512KB의 경우 90% 이상의 적중률을 보였다. 이 경우 메모리 사용량은 64MB의 1. 9% 에 불과하며 캐시 미스로 인한 오버헤드는 실행시간 기준으로 2% 미만으로 측정되었다.

• 한국정보과학회:학술대회논문집
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• 한국정보과학회 2005년도 한국컴퓨터종합학술대회 논문집 Vol.32 No.1 (A)
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• pp.766-768
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• 2005

컴퓨팅 환경이 무선과 휴대용 시스템으로 변화하면서, 전력효율이 점점 중요해지고 있다. 특히 내장형 시스템일 경우에 더욱 그러한데 이중 메모리에서 소모되는 전력이 전체 전력소모의 두 번째 큰 요소가 되고 있다. 메모리 시스템에서의 전력소모를 줄이기 위해서 DRAM의 저전력 모드인 냅모드(nap mode)를 활용할 수 있다. 냅모드는 액티브 모드(active mode)일 때의 $28\%$의 전력만을 소모한다. 하지만 하드웨어 컨트롤러는 운영체제가 협조하지 않으면 이 기능을 효율적으로 활용하지 못한다. 이 논문에서는 DRAM의 액티브 유닛(active unit)의 수를 최소화하는 방법에 초점을 맞춘다. 운영체제는 참조되지 않는 메모리를 냅모드에 놓음으로써 최소한의 유닛들만을 액티브 모드에 놓아 프로그램이 수행될 수 있도록 피지컬(physical) 페이지들을 할당한다. 이것은 PAVM(Power Aware Virtual Memory) 연구의 일반화된 시스템 전반에 대한 연구라고 할 수 있다. 우리는 모든 피지컬 메모리를 고려하고 있으며, 특히 평균적으로 전체 메모리의 절반을 사용하는 버퍼 캐시를 고려하고 있다. 버퍼 캐시의 용량과 그 중요성 때문에 PAVM 방식은 버퍼 캐시를 고려하지 않고는 완전한 해법이 되지 못한다. 이 논문에서 우리는 메모리의 사용처를 분석하고 저전력 페이지 할당 정책을 제안한다. 특히 프로세스의 주소공간에 매핑(mapping)된 페이지들과 버퍼 캐시가 고려된다. 이 두 종류의 페이지들간의 상호작용과 그 관계를 분석하고 저전력을 위해 이러한 관계를 이용한다.

• 한국정보과학회논문지:시스템및이론
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• 제35권1호
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• pp.30-43
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• 2008

Load/store와 같은 메모리 참조 명령어는 프로세서의 고속 수행을 방해하는 주요인이다. 캐시 선인출 기법은 메모리 참조에 따른 지연시간을 줄이는 효과적인 방법이다. 그러나 너무 적극적으로 선인출 할 경우에 캐시 오염을 유발시켜 선인출에 의한 장점을 상쇄시킨다. 본 연구에서는 캐시의 오염을 줄이기 위해 동적으로 필터 테이블을 참조하여 선인출 명령을 수행할 지의 여부를 결정하는 네 가지 필터링 기법들을 비교 평가한다. 먼저 기존 연구에서의 문제점을 분석하기 위해 이진 상태 기법을 보였는데, 이 기법은 기존 연구와 같이 N:1 매핑을 사용하는 반면, 각 엔트리의 값을 1비트로 하여 두 가지 상태값을 갖도록 하였다. 비교 연구를 위해 완전 상태 기법을 제시하여 비교 기준으로 사용하였다. 마지막으로 본 논문의 주 아이디어인 정교한 필터링을 위한 블록주소 참조 기법을 제안하였다 이 기법은 이진 상태 기법과 같은 테이블 길이를 가지며, 각 엔트리의 내용은 완전 상태 기법과 같은 항목을 가지도록 하여 최근에 미 사용된 데이타의 블록주소가 필터 테이블의 하나의 엔트리와 대응되도록 1:1 매핑을 하였다. 일반적으로 많이 사용되는 일반 벤치마크 프로그램과 멀티미디어 벤치마크 프로그램들에 대하여 실험한 결과, 제안한 블록주소 참조 기법(BAL)이 기존 연구인 동적 필터 기법(2-bitSC)과 비교하여 캐시 미스율이 10.5% 감소하였다.

• 한국콘텐츠학회논문지
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• 제10권6호
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• pp.72-79
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• 2010

본 논문에서는 32bit 비동기 임베디드 프로세서용 쓰기 버퍼 기능을 갖는 데이터 캐시 구조를 제안하고 성능을 검증하였다. 데이터 캐시는 비동기 시스템에서 메인 메모리 장치와 프로세서 사이의 데이터 처리속도 향상을 목적으로 한다. 제안된 데이터 캐시의 메모리 크기는 8KB, 매핑 방식으로는 4 words(16byte)의 라인 크기를 가지며, 사상 기법으로는 4 way set associative, 교체 알고리즘으로는 pusedo LRU방식을 사용하였으며, 쓰기 정책을 위한 dirty 레지스터와 쓰기 버퍼를 적용시켰다. 설계한 데이터 캐시는 $0.13-{\mu}m$ CMOS공정으로 합성하였으며, MI벤치마크 검증 결과 평균 히트율은 94%이고 처리 속도가 46% 향상되었다.

• 한국게임학회 논문지
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• 제8권2호
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• pp.57-68
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• 2008

텍스처 매핑(texture mapping)은 실감 있는 영상을 만들기 위해 3차원 그래픽스 칩에서 사용되는 기술이다. 이 방식 중 이중선형 필터링 모드(bilinear filtering mode)에서는 1개의 픽셀(pixel)을 처리하기 위해 4개의 텍셀(texture element: texel)에 접근이 요구된다. 본 논문에서는 텍스처의 접근패턴을 분석하여 동시에 4개의 텍셀을 접근할 수 있는 고성능 텍스처 캐시의 구조를 제시하였다. 3차원 게임인 퀘이크3(Quake 3)와 언리얼 토너먼트 2004(Unreal Tournament 2004)의 텍스처 접근 추출파일을 이용한 시뮬레이션 결과로 성능평가를 하였으며, 제시한 텍스처 캐시의 구조는 물리적인 크기가 8KBytes 이하인 경우 콜은 성능을 갖게 됨을 분석하였다.