• Journal of Information Processing Systems
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• 제18권3호
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• pp.374-388
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• 2022

Database systems usually have many parameters that must be configured by database administrators and users. RocksDB achieves fast data writing performance using a log-structured merged tree. This database has many parameters associated with write and space amplifications. Write amplification degrades the database performance, and space amplification leads to an increased storage space owing to the storage of unwanted data. Previously, it was proven that significant performance improvements can be achieved by tuning the database parameters. However, tuning the multiple parameters of a database is a laborious task owing to the large number of potential configuration combinations. To address this problem, we selected the important parameters that affect the performance of RocksDB using random forest. We then analyzed the effects of the selected parameters on write and space amplifications using analysis of variance. We used a genetic algorithm to obtain optimized values of the major parameters. The experimental results indicate an insignificant reduction (-5.64%) in the execution time when using these optimized values; however, write amplification, space amplification, and data processing rates improved considerably by 20.65%, 54.50%, and 89.68%, respectively, as compared to the performance when using the default settings.

• 한국인터넷방송통신학회논문지
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• 제16권4호
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• pp.15-20
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• 2016

플래시 메모리는 초소형 전자기기부터 미디어 서버에 이르기까지 현대의 다양한 시스템에서 스토리지로 활용되고 있다. 플래시 메모리의 쓰기 증폭 (Write Amplification)은 가비지 컬렉션에서 발생하는 것으로 불규칙적인 성능의 주요 원인으로 지적되고 있다. 갑작스러운 속도지연은 실시간성 미디어를 위한 스토리지 시스템에서 치명적인 단점이 될 수 있다. 본 논문은 비휘발성램을 플래시 메모리 스토리지의 버퍼캐시로 사용하고 두 계층 간의 협동적 데이터 관리를 통해 플래시 메모리의 쓰깆 WAF를 절감하는 기법에 대해 제안한다. 비휘발성램에 캐쉬된 데이터는 플래시 메모리에서 가비지 컬렉션 수행 시 복사하지 않도록 한다. 이것은 복사되는 페이지의 수를 감소시켜 스토리지의 성능 및 내구성을 향상시킨다. 제안된 기법은 ssdsim 시뮬레이터에 구현되었으며 WAF와 응답시간의 표준편차를 각각 51.4%와 35.4% 개선할 수 있음을 보인다.

• 대한임베디드공학회논문지
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• 제14권2호
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• pp.71-78
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• 2019

As the capacity of SSDs rapidly increases, the amount of DRAM to keep a mapping table size in SSDs becomes very huge. To address a Demand-based FTL (DFTL) scheme that caches part of mapping entries in DRAM is considered to be a feasible alternative. However, owing to its unpredictable behaviors, DFTL fails to provide consistent I/O response times. In this paper, we a) analyze a root cause that results in fluctuation on read latency and b) propose a new demand-based FTL scheme that ensures guaranteed read response time with low write amplification. By preventing mapping evictions while serving reads, the proposed technique guarantees every host read requests to be done in 2 NAND read operations. Moreover, only with 25% of a cache ratio, the proposed scheme improves random write performance and random mixed performance by 1.65x and 1.15x, respectively, over the traditional DFTL.

• 정보처리학회논문지:컴퓨터 및 통신 시스템
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• 제11권12호
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• pp.419-428
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• 2022

플래시 메모리는 in-place 수정이 불가능한 특성을 가지기 때문에 out-of-place 방식으로 쓰기 작업을 수행한다. 덮어쓰기가 발생한 오래된 페이지는 유효하지 않은 페이지로 전환된다. 유효하지 않은 페이지들은 높은 오버헤드를 가진 가비지 컬렉션 과정을 유발한다. 가비지 컬렉션은 많은 읽기, 쓰기 작업을 유발하기 때문에 플래시 메모리의 주요 성능 이슈 중 하나이다. 2R에서는 OLTP(On-Line Transaction Process) 워크로드의 I/O 특성을 가비지 컬렉션 알고리즘에 적용하여 WAF(Write Amplification Factor)를 개선하였다. 본 논문에서는 접근 간격이 긴 페이지들을 추가로 분리하는 2R++를 통해 2R에서 발생하는 지역 오염 문제를 해결했다. 2R++는 블록 당 추가 bit를 도입해 second chance mechanism 기반으로 warm 페이지를 분리해서 warm 페이지가 cold 페이지로 오인 식별되는 것을 방지한다. TPC-C와 Linkbench에 대해 알고리즘 별 성능 비교 실험을 진행하였고, 그 결과 2R++의 WAF는 2R대비 각각 57.8%, 13.8%의 개선을 이루어냈음을 확인했다.

• Journal of information and communication convergence engineering
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• 제12권3호
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• pp.181-185
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• 2014

The lifetime of a solid-state drive (SSD) is limited because of the number of program and erase cycles allowed on its NAND flash blocks. Data cannot be overwritten in an SSD, leading to an out-of-place update every time the data are modified. This result in two copies of the data: the original copy and a modified copy. This phenomenon is known as write amplification and adversely affects the endurance of the memory. In this study, we address the issue of reducing wear leveling through efficient handling of write requests. This results in even wearing of all the blocks, thereby increasing the endurance period. The focus of our work is to logically divert the write requests, which are concentrated to limited blocks, to the less-worn blocks and then measure the maximum number of write requests that the memory can handle. A memory without the proposed algorithm wears out prematurely as compared to that with the algorithm. The main feature of the proposed algorithm is to delay out-of-place updates till the threshold is reached, which results in a low overhead. Further, the algorithm increases endurance by a factor of the threshold level multiplied by the number of blocks in the memory.

• 한국정보과학회:학술대회논문집
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• 한국정보과학회 2011년도 한국컴퓨터종합학술대회논문집 Vol.38 No.1(A)
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• pp.551-554
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• 2011

덮어쓰기 제약(overwirte limitation)과 삭제 횟수 제한(limitted erase cycle)이 있는 플래시 메모리의 특징이 의하여, 플래시 메모시는 시스템에서 요청한 쓰기 요청보다 많은 수의 쓰기 연산을 수행하게 되는데, 시스템에서 요청한 쓰기요청과 실제 쓰기 연산 간의 비율을 쓰기 증폭 인자(Write Amplification Factor, 이후 WAF)라 한다. WAF는 성능과 신뢰성에 중요한 요소로 본 논문에서는 WAF를 예측 할 수 있는 분석모델을 제안한다. 제안된 모델은 페이지 사상 FTL, 블록 사상 FTL, 혼합 사상 FTL 등 다양한 FTL에서 WAF를 예측 할 수 있으며, 예측에 사용되는 매개 변수로 이용율(utilization), 무작위율(randomness), 연관도(Associativity)만을 사용하여 단순하다는 특성이 있다. 본 논문은 실제 Linux 환경에서 측정한 WAF와 비교 분석 결과 제안된 모델이 WAF를 정확히 예측 할 수 있음을 발견하였다.

• 한국정보기술학회논문지
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• 제17권11호
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• pp.17-26
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• 2019

플래시 스토리지 장치의 신뢰성을 향상시키기 위해서 사용되는 기술 중의 하나가 RAID-5 기술이 있다. RAID-5에는 고유한 패리티 업데이트 오버헤드가 있는데, 특히 부분 스트라이프 쓰기에 대한 패리티 오버헤드는 플래시 기반 RAID-5 기술의 중요한 문제 중 하나이다. 본 논문에서는 RAID-5에서 발생하는 런타임 부분 패리티 오버헤드를 제거하기 위해 효율적인 패리티 로그 아키텍처를 설계하였다. 런타임 동안, 전체 스트라이프 쓰기가 완료될 때까지 부분 패리티가 버퍼 메모리에 유지되며, 스트라이프 쓰기가 완료될 때 패리티는 전체 스트라이프 쓰기로 기록된다. 페리티 로그는 전체 스트라이프 그룹이 데이터 쓰기에 사용될 때까지 메모리에서 유지된다. 이 패리티 로그를 사용하면 갑작스러운 전력 손실로부터 부분 패리티를 복구할 수 있으므로 데이터 손실에도 문제가 발생하지 않는다. 패리티 로그 방법은 작은 패리티 로그 양으로 부분 패리티 쓰기 오버헤드를 제거할 수 있으므로, 같은 신뢰성 수준에서 쓰기 오버헤드를 줄일 수 있다.

• 전자공학회논문지
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• 제52권9호
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• pp.54-62
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• 2015

낸드 플래시 기반의 SSD (Solid-State Drive)는 HDD (Hard Disk Drive) 대비 월등한 성능에도 불구하고 쓰기 회수 제한이라는 태생적 단점을 가지고 있다. 이로 인해 SSD의 수명은 워크로드에 의해 결정되어 SSD의 기술 변화 추세인 SLC (Single Level Cell) 에서 MLC (Multi Level Cell) 로의 전환, MLC에서 TLC (Triple Level Cell) 로의 전환에 있어 큰 도전이 될 수 있다. 기존 연구들은 주로 wear-leveling 또는 하드웨어 아키텍처 측면에서 SSD의 수명 개선을 다루었으나, 본 논문에서는 호스트가 요청한 쓰기에 대해 SSD가 낸드플래시 메모리를 통해 처리하는 수명관점의 효율성을 대변하는 WAF (Write Amplification Factor) 관점에서 Host I/O 스택 중 파일 시스템, I/O 스케줄러, 링크 전력에 대해 JEDEC 엔터프라이즈 워크로드를 이용해 I/O 스택 최적 구성에 대해 실험적 분석을 수행하였다. WAF는 SSD의 FTL의 효율성을 측정하는 지표로 수명관점에서 가장 객관적으로 사용한다. I/O 스택에 대한 수명 관점의 최적 구성은 MinPower-Dead-XFS로 최대 성능 조합인 MaxPower-Cfq-Ext4에 비해 성능은 13% 감소하였지만 수명은 2.6 배 연장됨을 확인하였다. 이는 I/O 스택의 최적화 구성에 있어, SSD 성능 관점뿐만 아니라 수명 관점의 고려에 대한 유의미를 입증한다.

• 정보처리학회논문지:컴퓨터 및 통신 시스템
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• 제11권12호
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• pp.429-436
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• 2022

메모리보다 큰 대용량 테이블들에 대해 해시조인(Hash Join) 수행 시 임시 파일들을 생성해서 조인 과정에서 발생하는 임시 데이터 I/O를 수행하고 조인 종료 시에 그 파일들을 삭제한다. 본 논문에서는 해시조인용 임시 파일들을 하드디스크가 아닌 SSD상에서 관리할 때, 파일 생성 시 fallocate 시스템 콜 및 파일 삭제 관련 trim 옵션이 해시조인 성능에 큰 영향을 미치는 점을 밝힌다. 구체적으로 대표적인 오픈소스 데이터베이스인 PostgreSQL을 이용해서 다양한 상용 및 연구용 SSD 상에서 해시조인 수행 시, 임시 파일들에 대한 fallocate 및 trim 옵션 사용 여부에 따라 디폴트 조합에 비해 최대 약 3~5배 조인 성능 향상이 가능함을 보인다. 그리고, 임시 파일들에 대한 두 옵션의 조합여부에 따른 SSD내의 쓰기 증폭(Write Amplification)과 Trim 명령어 오버헤드가 조인 성능에 큰 영향을 미치는 점을 자세히 분석한다.

• International Journal of Internet, Broadcasting and Communication
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• 제13권2호
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• pp.27-35
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• 2021

NAND flash memory-based SSD needs an internal software, Flash Translation Layer(FTL) to provide traditional block device interface to the host because of its physical constraints, such as erase-before-write and large erase block. However, because useful host-side information cannot be delivered to FTL through the narrow block device interface, SSDs suffer from a variety of problems such as increasing garbage collection overhead, large tail-latency, and unpredictable I/O latency. Otherwise, the new type of SSD, open-channel SSD exposes the internal structure of SSD to the host so that underlying NAND flash memory can be managed directly by the host-level FTL. Especially, I/O data classification by using host-side information can achieve the reduction of garbage collection overhead. In this paper, we propose a new scheme to reduce garbage collection overhead of open-channel SSD by separating the journal from other file data for the journaling filesystem. Because journal has different lifespan with other file data, the Write Amplification Factor (WAF) caused by garbage collection can be reduced. The proposed scheme is implemented by modifying the host-level FTL of Linux and evaluated with both Fio and Filebench. According to the experiment results, the proposed scheme improves I/O performance by 46%~50% while reducing the WAF of open-channel SSDs by more than 33% compared to the previous one.