Traditional technologies that are used to improve the performance of hard disk drives show many negative cases if they are applied to solid state drives (SSD). Access time and block sequence in hard disk drives that consist of mechanical components are very important performance factors. Meanwhile, SSD provides superior random read performance that is not affected by block address sequence due to the characteristics of flash memory. Practically, it is recommended to disable prefetching if a SSD is installed in a personal computer. However, this paper presents a combinational method of a prefetching scheme and a memory management that consider the internal structure of SSD and the characteristics of NAND flash memory. It is important that SSD must concurrently operate multiple flash memory chips. The I/O unit size of NAND flash memory tends to increase and it exceeded the block size of operating systems. Hence, the proposed prefetching scheme performs in an operating unit of SSD. To complement a weak point of the prefetching scheme, the proposed memory management scheme adaptively evicts uselessly prefetched data to maximize the sum of cache hit rate and prefetch hit rate. We implemented the proposed schemes as a Linux kernel module and evaluated them using a commercial SSD. The schemes improved the I/O performance up to 26% in a given experiment.
최근 처리기와 입출력 시스템의 속도 차이가 점점 커짐에 따라 버퍼 캐쉬의 효율적인 관리가 더욱 중요해지고 있다. 버퍼 캐쉬는 블록 교체 정책과 선반입 정책에 의해 관리되며, 각 정책은 버퍼 캐쉬에서 블록의 가치 즉 어떤 블록이 더 가까운 미래에 참조될 것인가를 결정해야 한다. 블록의 가치는 응용들의 블록 참조 패턴의 특성에 기반하며, 블록 참조 패턴의 특성에 대한 정확한 분석은 올바른 결정을 가능하게 하여 버퍼 캐쉬의 효율을 높일 수 있다. 본 논문은 각 응용들의 블록 참조 패턴에 대한 특성을 분석하고 이를 자동으로 발견하는 기법을 제안한다. 제안된 기법은 블록의 속성과 미래 참조 거리간의 관계를 이용해 블록 참조 패턴을 발견한다. 이 기법은 2 단계 파이프라인 방법을 이용하여 온라인으로 참조 패턴을 발견할 수 있으며, 참조 패턴의 변화가 발생하면 이를 인식할 수 있다. 본 논문에서는 8개의 실제 응용 트레이스를 이용해 블록 참조 패턴의 발견을 실험하였으며, 제안된 기법이 각 응용의 블록 참조 패턴을 정확히 발견함을 확인하였다. 그리고 발견된 참조 패턴 정보를 블록 교체 정책에 적용해 보았으며, 실험 결과 기존의 대표적인 블록 교체 정책인 LRU에 비해 최대 57%까지 디스크 입출력 횟수를 줄일 수 있었다.Abstract As the speed gap between processors and disks continues to increase, the role of the buffer cache located in main memory is becoming increasingly important. The buffer cache is managed by block replacement policies and prefetching policies and each policy should decide the value of block, that is which block will be accessed in the near future. The value of block is based on the characteristics of block reference patterns of applications, hence accurate characterization of block reference patterns may improve the performance of the buffer cache. In this paper, we study the characteristics of block reference behavior of applications and propose a scheme that automatically detects the block reference patterns. The detection is made by associating block attributes of a block with the forward distance of the block. With the periodic detection using a two-stage pipeline technique, the scheme can make on-line detection of block reference patterns and monitor the changes of block reference patterns. We measured the detection capability of the proposed scheme using 8 real workload traces and found that the scheme accurately detects the block reference patterns of applications. Also, we apply the detected block reference patterns into the block replacement policy and show that replacement policies appropriate for the detected block reference patterns decreases the number of DISK I/Os by up to 57%, compared with the traditional LRU policy.
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SD
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v.48
no.7
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pp.48-56
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2011
Recently, new storage device SSD(Solid State Disk) based on NAND flash memory is gradually replacing HDD(Hard Disk Drive) in mobile device and thus a variety of research efforts are going on to find the cost-effective ways of performance improvement. By increasing the NAND flash channels in order to enhance the bandwidth through parallel processing, DRAM buffer which acts as a buffer cache between host(PC) and NAND flash has become the bottleneck point. To resolve this problem, this paper proposes an efficient low-cost scheme to increase SSD performance by improving DRAM buffer bandwidth through scheduling techniques which utilize DRAM multi-banks. When both host and NAND flash multi-channels request access to DRAM buffer concurrently, the proposed technique checks their destination and then schedules appropriately considering properties of DRAMs. It can reduce overheads of bank active time and row latency significantly and thus optimizes DRAM buffer bandwidth utilization. The result reveals that the proposed technique improves the SSD performance by 47.4% in read and 47.7% in write operation respectively compared to conventional methods with negligible changes and increases in the hardware.
Journal of the Korean Institute of Telematics and Electronics C
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v.35C
no.6
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pp.9-19
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1998
RAID technology that provides the disk I/O system with high performance and high availability is essential for OLTP server. This paper describes the design and implementation of the HIPSS RAID system that has been developed for the SPAX OLTP server. HIPSS has the following design objectives: high performance, high availability, standardization and modularization of external interface, and ease of maintenance. It guarantees high performance by providing 10 independent I/O channels, large data cache, and parity calculation engine. Hardware modularization of the host interface makes it easy to replace host interface hardware module. By providing dual power supply, dual array controller, and disk hot swapping, it provides the system with high availability Implementation of HIPSS and integration test on SPAX has been completed and performance measurement on HIPSS is now going on. In this paper, we provide the detail description for HIPSS system architecture and the implementation results.
Recently, flash memory-based non-volatile cache (NVC) is emerging as an effective solution to enhance both I/O performance and energy consumption of storage systems. To get significant performance and energy gains by NVC, it would be better to use multi-level-cell (MLC) flash memories since it can provide a large capacity of NVC with low cost. However, the number of available program/erase cycles of MLC flash memory is smaller than that of single-level-cell (SLC) flash memory limiting the lifespan of NVC. To overcome such a limitation, SLC/MLC combined flash memory is a promising solution for NVC. In this paper, we propose an effective management scheme for heterogeneous SLC and MLC regions of the combined flash memory.
Proceedings of the Korean Information Science Society Conference
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2010.06b
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pp.368-373
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2010
플래시 메모리의 집적도가 높아지고 가격이 저렴해 짐에 따라 낸드 플래시 기반의 SSD의 사용이 확산 되고 있다. 플래시 메모리 기반 SSD는 기존의 하드디스크와 비교하여 여러 가지 장점을 가지지만 덮어 쓰기가 불가능한 특성상 쓰기 공간 확보를 위해 가비지 컬렉션이 수행되어야 하는 단점을 가진다. 이러한 단점을 개선하기 위해 다양한 연구들이 제안되었다. 이 중, 운영체제의 페이지 캐시에 대한 연구가 상반된 주장을 보이고 있는 점[11, 12, 13]에 착안하여 실험을 통해 이를 재확인하였다. 실험 결과, 큰 용량의 페이지 캐시가 SSD를 스토리지로 갖는 시스템에서 파일 입출력 성능을 크게 향상시키는 것을 확인 할 수 있었다.
Database sharing system (DSS) refers to a system for high performance transaction processing. In DSS, the processing nodes are locally coupled via a high speed network and share a common database at the disk level. Each node has a local memory and a separate copy of operating system. To reduce the number of disk accesses, the node caches database pages in its local memory buffer. In this paper, we propose a dynamic transaction routing algorithm to balance the load of each node in the DSS. The proposed algorithm is novel in the sense that it can support node-specific locality of reference by utilizing the primary copy authority assigned to each node; hence, it can achieve better cache hit ratios and thus fewer disk I/Os. Furthermore, the proposed algorithm avoids a specific node being overloaded by considering the current workload of each node. To evaluate the performance of the proposed algorithm, we develop a simulation model of the DSS, and then analyze the simulation results. The results show that the proposed algorithm outperforms the existing algorithms in the transaction processing rate. Especially the proposed algorithm shows better performance when the number of concurrently executed transactions is high and the data page access patterns of the transactions are not equally distributed.
Seo, Yeong-Deok;Park, Yeong-Min;Jeon, Bong-Gi;Hong, Bong-Hui
Journal of KIISE:Databases
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v.29
no.1
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pp.44-57
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2002
Multiple spatial queries are defined as two or more spatial range queries to be executed at the same time. The primary processing of internet-based map services is to simultaneously execute multiple spatial queries. To improve the throughput of multiple queries, the time of disk I/O in processing spatial queries significantly should be reduced. The declustering scheme of a spatial dataset of the MIMD architecture cannot decrease the disk I/O time because of random seeks for processing multiple queries. This thesis presents query scheduling strategies to ease the problem of inter-query random seeks. Query scheduling is achieved by dynamically re-ordering the priority of the queued spatial queries. The re-ordering of multiple queries is based on the inter-query spatial relationship and the latency of query processing. The performance test shows that the time of multiple query processing with query scheduling can be significantly reduced by easing inter-query random seeks as a consequence of enhanced hit ratio of disk cache.
Journal of the Korea Society of Computer and Information
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v.14
no.3
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pp.41-49
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2009
Flash memory has become increasingly requestion for the importance and the demand as a storage due to its low power consumption, cheap prices and large capacity medium. This research is to design a high performance flash memory structure for the substitution of a hard-disk by dynamic prefetching of aggressive spatial locality from the spatial smart buffer system. The proposed buffer system in a NAND flash memory consists of three parts, i.e., a fully associative victim buffer for temporal locality, a fully associative spatial buffer for spatial locality, and a dynamic fetching unit. We proposed new dynamic prefetching algorithm for aggressive spatial locality. That is to use the flash memory instead of the hard disk, the proposed flash system can achieve better performance gain by overcoming many drawbacks of the flash memory by the new structure and the new algorithm. According to the simulation results, compared with the smart buffer system, the average miss ratio is reduced about 26% for Mediabench applications. The average memory access times are improved about 35% for Mediabench applications, over 30% for Spec2000 applications.
Kim, Joung-Joon;Kang, Hong-Koo;Kim, Dong-Oh;Han, Ki-Joon
Journal of Korea Spatial Information System Society
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v.9
no.2
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pp.13-23
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2007
Recently there is growing Interest in LBS(Location Based Service) requiring real-time services and the spatial main memory DBMS for efficient Telematics services. In order to optimize existing disk-based multi-dimensional Indexes of the spatial main memory DBMS in the main memory, multi-dimensional index structures have been proposed, which minimize failures in cache access by reducing the entry size. However, because the reduction of entry size requires compression based on the MBR of the parent node or the removal of redundant MBR, the cost of MBR reconstruction increases in index update and the efficiency of search is lowered in index search. Thus, to reduce the cost of MBR reconstruction, this paper proposed the RSMBR(Relative-Sized MBR) compression technique, which applies the base point of compression differently in case of broad distribution and narrow distribution. In case of broad distribution, compression is made based on the left-bottom point of the extended MBR of the parent node, and in case of narrow distribution, the whole MBR is divided into cells of the same size and compression is made based on the left-bottom point of each cell. In addition, MBR was compressed using a relative coordinate and size to reduce the cost of search in index search. Lastly, we evaluated the performance of the proposed RSMBR compression technique using real data, and proved its superiority.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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