Recently the Solid State Drive (SSD) is widely used for storage system of various mobile devices. In this case, existing buffer replacement algorithms based on the hard disk do not consider characteristics of flash memory, so it caused performance degradation of the system. This paper proposes a novel buffer replacement policy called ABM (Asymmetric Buffer Management) policy. ABM policy separates read and write buffer space and applies different replacement unit and replacement algorithm for each buffer. In addition, write buffer delay scheme and dynamic size adaptation algorithm is applied for better performance. ABM outperforms other replacement policies, especially ABM-LRU-CLC shows 32% better performance than normal LRU policy.
Recently, NAND flash memory is used not only for portable devices, but also for personal computers and server computers. Buffer cache replacement policies for the hard disks such as LRU and LFU are not good for NAND flash memories because they do not consider about the characteristics of NAND flash memory. CFLRU and its variants, CFLRU/C, CFLRU/E and DL-CFLRU/E(CFLRUs) are the buffer cache replacement policies considered about the characteristics of NAND flash memories, but their performances are not better than those of LRD. In this paper, we propose a new buffer cache replacement policy for NAND flash memory. Which is based on LFU and is taking into account the characteristics of NAND flash memory. And we estimate the performance of hit ratio and flush operation numbers. The proposed policy shows better hit ratio and the number of flush operation than any other policies.
The effectiveness of buffer cache replacement algorithms is critical to the performance of I/O systems. In this paper, we propose the degree of inter-reference gap (DIG) based block replacement scheme that retains merits of the least recently used (LRU) such as simple implementation and good cache hit ratio (CHR) for general patterns of references, and improves CHR further. In the proposed scheme, cache blocks with low DIGs are distinguished from blocks with high DIGs and the replacement block is selected among high DIGs blocks as done in the low inter-reference recency set (LIRS) scheme. Thus, by having the effect of the partitioning the cache memory dynamically based on DIGs, CHR is improved. Trace-driven simulation is employed to verified the superiority of the DIG based scheme and shows that the performance improves up to about 175% compared to the LRU scheme and 3% compared to the LIRS scheme for the same traces.
Journal of the Korea Society of Computer and Information
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v.28
no.8
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pp.1-10
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2023
Recently, NAND flash memories have replaced magnetic disks due to non-volatility, high capacity and high resistance, in various computer systems but it has disadvantages which are the limited lifespan and imbalanced operation latency. Therefore, many page replacement policies have been studied to overcome the disadvantages of NAND flash memories. Although it is clear that these policies reflect execution characteristics of various environments and applications, researches on the foundation-policy decision for disk buffer management are insufficient. Thus, in this paper, we propose a foundation-policy recommendation model, called FRM for effectively utilizing NAND flash memories. FRM proposes a suitable page replacement policy by classifying and analyzing characteristics of workloads through machine learning. As an implementation case, we introduce FRM with a disk buffer management policy and in experiment results, prediction accuracy and weighted average of FRM shows 92.85% and 88.97%, by training dataset and validation dataset for foundation disk buffer management policy, respectively.
Seo, Dong-Mahn;Lee, Joa-Hyoung;Bang, Cheol-Seok;Lim, Dong-Sun;Jung, In-Bum;Kim, Yoon
Journal of KIISE:Computer Systems and Theory
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v.33
no.11
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pp.797-809
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2006
To support the QoS streams for large scale clients, the internal resources of VOD servers should be utilized based on the characteristics of the streaming media service. Among the various resources in the server, the main memory is used for the buffer space to the media data loaded from the disks and the buffer hit ratio has a great impact upon the server performance. However, if the buffer data with high hit ratio are replaced for the new media data as a result of the number of clients and the required movie titles are increased, the negative impact on the scalability of server performance is occurred. To address this problem, the buffer replacement policy considers the intrinsic characteristics of the streaming media such as the sequential access to large volume data and the highly disproportionate preference to specific movies. In this paper, the preference-based segment buffer replacement policy is proposed in the cluster-based VOD server to exploit the characteristics of the streaming media. Since the proposed method reflects both the temporal locality by the clients' preference and the spatial locality by the sequential access to media data, the buffer hit ratio would be improved as compared to the existing buffer replacement policy. The enhanced buffer hit ratio causes the fact that the performance scalability of the cluster-based VOD server is linearly improved as the number of cluster nodes is increased.
Previous buffer cache schemes for multimedia storage systems only exploited the sequential references of multimedia files and didn't consider looping references. However, in some video applications like foreign language learning, users mark the scene as loop area and then application automatically playbacks the scene several times. In this paper, we propose a new buffer replacement scheme, called HBM(Hybrid Buffer Management), for multimedia storage systems that have both sequential and looping references. Proposed scheme assumes that application layer informs reference pattern of files to file system. Then HBM applies an appropriate replacement policy to each file. Our simulation experiments show that HBM outperforms previous buffer cache schemes such as DISTANCE and LRU.
Journal of the Korea Society of Computer and Information
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v.25
no.2
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pp.1-10
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2020
In this paper, we propose an efficient disk buffer replacement policy which improves hit ratio and reduces writing operations of flash based storages. The flash based storage has many advantages, including a small form factor, non-volatility and high reliability, but there are problems caused by own limitations, like not-in-place update, short life cycle and asymmetric I/O latencies. To redeem these problems, this paper proposes the write weighted probability of reference(2WPR) policy. 2WPR policy predicts re-referencing probability and calculates localities of each page. Furthermore, by weighting write operations to every pages, 2WPR can reduce write operations to flash based storage. In addition, we can improve the performance with higher hit ratio and reduce the number of write operations and consequently shorten the latencies of each operation. The results show that our policy provides improvements of up to 10% for the hit ratio with the reduction of up to 5% for the flash writing operation compared with other policies.
Flash memory has many advantages like non-volatility and fast I/O speed, but it has also disadvantages such as not-in-place-update data and asymmetric read/write/erase speed. For the performance of flash memory storage, it is essential for the buffer replacement algorithms to reduce the number of write operations that also affects the number of erase operations. A new buffer replacement algorithm is proposed in this paper, that delays the writes of not-cold-dirty pages in the buffer cache of flash storage. We show that this algorithm effectively decreases the number of write operations and erase operations without much degradation of hit ratio. As a result overall performance of flash I/O speed is improved.
IEMEK Journal of Embedded Systems and Applications
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v.13
no.3
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pp.151-160
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2018
NAND flash memories have the advantages of fast access speed, high density and low power consumption, thus they have increasing demand in embedded system and mobile environment. Despite the low power and fast speed gains of NAND flash memory, DRAM disk buffers were used because of the performance load and limited durability of NAND flash cell. However, DRAM disk buffers are not suitable for limited energy environments due to their high static energy consumption. In this paper, we propose WAP-LRU (Write pattern Analysis based Placement by LRU) hybrid disk buffer management policy. Our policy designates the buffer location in the hybrid memory by analyzing write pattern of the workloads to check the continuity of the page operations. In our simulation, WAP-LRU increased the lifetime of NAND flash memory by reducing the number of garbage collections by 63.1% on average. In addition, energy consumption is reduced by an average of 53.4% compared to DRAM disk buffers.
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.10
no.12
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pp.2202-2211
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2006
EXT3NS is a special-purpose file system for large scale multimedia streaming servers. It is built on top of streaming acceleration hardware device called Network-Storage card. The EXT3NS file system significantly improves streaming performance by eliminating memory-to-memory copy operations, i.e. sending video/audio from disk directly to network interface with no main memory buffering. In this paper, we design and implement a buffer cache mechanism, called PMEMCACHE, for EXT3NS file system. We also propose a buffer cache replacement method called ONS for the buffer cache mechanism. The ONS algorithm outperforms other existing buffer replacement algorithms in distributed multimedia streaming environment. In EXT3NS with PMEMCACHE, operation is 33MB/sec and random read operation is 2.4MB/sec. Also, the buffer replacement ONS algorithm shows better performance by 600KB/sec than other buffer cache replacement policies. As a result PMEMCACHE and an ONS can greatly improve the performance of multimedia steaming server which should supportmultiple client requests at the same time.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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