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논문 기본 정보

자료유형
학위논문
저자정보

김선환 (영남대학교, 嶺南大學校)

지도교수
朴敞鉉
발행연도
2016
저작권
영남대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

2016

저사양 장치를 위한 NAND 플래시 메모리 기반 색인 자료 구조와 관리 기법
김선환 2016.01 학위논문

2015

NAND 플래시 메모리 기반 B+ 트리에서 페이지 매핑 로그를 이용한 색인 관리 기법
김선환 ,  곽종욱 한국컴퓨터정보학회논문지 2015.05 학술저널

초록· 키워드

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본 논문에서는 NAND 플래시 메모리를 기반으로 하는 저사양 임베디드 장치를 위해 색인 자료 구조와 관리 기법을 제안한다. 제안하는 기법들은 메모리의 제한으로 FTL를 적용하기 어려운 장치에서 색인 자료 구조를 적용하였을 때 성능 저하의 주요 원인인 업데이트 파생 문제를 해결한다. 그리고 메모리 소모를 줄임으로써 발생하는 성능 저하를 최소화 한다. 제안 기법들은 색인 자료 구조와 플래시 메모리의 관리 기법인 가비지 컬렉션, 마모도 평준화로 구분하여 제안한다.
첫 번째, 색인 자료 구조를 위해 제안하는 페이지 매핑 로그(PML: Page Mapping Log)를 이용한 B?-트리는 업데이트 파생 문제를 해결하기 위해 레코드 연산에서 색인 노드의 갱신으로 변경되는 플래시 메모리의 페이지 위치를 PML 테이블에 저장하고 색인 노드 탐색 시 PML 테이블에 저장된 위치를 활용한다. 두 번째, 가비지 컬렉션을 위해 제안하는 대리 블록 기반 가비지 컬렉션(PBGC: Proxy Block-based Garbage Collection)은 플래시 메모리 기반 색인 자료 구조에서 업데이트 파생 문제가 레코드의 연산뿐만 아니라 가비지 컬렉션에서 발생한다는 것을 지적하고 이를 위해 대리 블록을 이용한다. 대리 블록은 가비지 컬렉션에 의해 선택된 희생 블록과 함께 하나의 가상 블록처럼 동작하여 가비지 컬렉션에서 발생하는 업데이트 파생 문제를 해결한다. 세 번째, 마모도 평준화를 위해 제안하는 라운드 로빈 기반 BET를 이용한 마모도 평준화 기법(RRBET: Round Robin-based Block Erase Table)은 메모리 소모를 줄이기 위해 비트 배열로 구성된 BET(Block Erase Table)를 사용하는 기존의 BET 기법을 개선하였다. RRBET는 BET 기법에서 하나의 비트에 여러 개의 블록을 대응시킬 경우 콜드 블록의 정보가 누락되어 마모도 평준화의 성능이 낮아진다는 것을 지적한다. 이를 해결하기 위해 BET의 비트 수가 전체 블록 수보다 적을 경우 라운드 로빈 방식을 이용하여 하나의 비트가 하나의 블록에 대응되는 일대일 방식을 지원할 수 있게 한다.
실험 환경에서 PML를 이용한 B?-트리는 레코드의 삽입 시 발생하는 페이지 읽기 횟수를 다른 기법들과 비교할 때 최대 약 61% 줄일 수 있었고, 페이지 쓰기 횟수를 최대 약 31% 줄일 수 있었다. PBGC를 적용한 결과, μ-Tree에서 시간 오버헤드를 GA(Greedy Algorithm) 기법보다 약 39% 줄였다. 그리고 RRBET를 적용한 결과 BET 기법보다는 최대 80%, BST(Bit Set Threshold) 기법보다 최대 53% 더 수명을 연장한다는 것을 보였다.

목차

Ⅰ. 서 론 1
1.1 연구 배경 6
1.1.1 플래시 메모리 6
1.1.2 플래시 메모리의 단점 13
1.1.3 FTL 15
1.1.4 주소 변환 테이블 16
1.1.5 가비지 컬렉션 18
1.1.6 마모도 평준화 19
1.1.7 기타 기능 21
1.2 연구 목적 22
1.2.1 플래시 메모리 기반 색인 자료 구조의 필요성 22
1.2.2 플래시 메모리에서 B?-트리의 문제점 24
1.3 논문 구성 26
Ⅱ. 관련연구 27
2.1 FTL에서 주소 매핑 기법들 27
2.2 가비지 컬렉션 및 마모도 평준화 기법들 29
2.2.1 BET 기법 34
2.2.2 숨겨진 콜드 블록 문제 37
2.2.3 BST 기법 38
2.3 플래시 메모리를 위한 색인 자료 구조 42
Ⅲ. 플래시 메모리 기반 색인 자료 구조와 관리 기법 47
3.1 페이지 매핑 로그를 이용한 B?-트리 47
3.1.1 구성 48
3.1.2 PML 테이블 48
3.1.3 무효 페이지 테이블 50
3.1.4 B?-트리 색인 관리 51
3.1.4.1 갱신 51
3.1.4.2 검색 52
3.1.4.3 삽입 54
3.1.4.4 삭제 56
3.1.5 PML 테이블 탐색 기법 및 관리 58
3.1.5.1 PML 테이블을 위한 탐색 기법 58
3.1.5.2 PML 테이블 관리 59
3.1.6 시스템 유지 62
3.1.6.1 가비지 컬렉션 62
3.1.6.2 시스템 복구 62
3.2 대리 블록 기반 가비지 컬렉션 64
3.2.1 BIT 65
3.2.2 대리 블록 67
3.2.3 가비지 컬렉션 수행과 페이지 연산 67
3.3 라운드 로빈 기반 BET를 이용한 마모도 평준화 기법 73
3.3.1 라운드 로빈 기반 BET 73
3.3.2 마모도 평준화 수행 과정 75
Ⅳ. 실험 환경 및 평가 80
4.1 실험 장치 및 시뮬레이터 구현 80
4.2 PML 성능 평가 84
4.3 PBGC 성능 평가 94
4.3.1 B?-트리에서의 PBGC 94
4.3.2 μ-Tree에서의 PBGC 102
4.3.3 PML를 이용한 B?-트리에서의 PBGC 105
4.3.4 PBGC 실험의 결론 111
4.4 RRBET 성능 평가 112
4.5 메모리 소모량 비교 및 다른 기법들과의 정성적 비교 120
4.5.1 메모리 소모량 비교 120
4.5.2 다른 기법들과의 정성적 비교 122
Ⅴ. 결 론 124
참 고 문 헌 126

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