오픈 채널 SSD를 위한 다중 스레드 플래시 변환 계층

국문 초록 (Abstract)

최근 많은 연구자들이 다양한 종류의 호스트 레벨 플래시 변환 계층(Host-level Flash Translation Layer, 이하 호스트 FTL)을 연구하고 제안하고 있다. 호스트 FTL은 호스트 시스템에서 Solid State Drive(SSD)를 관리한다. 따라서 블록 I/O 인터페이스로 I/O 요청을 처리하는 전통적인 SSD의 한계를 극복할 수 있다. 그러나 기존 연구에서는 호스트 FTL의 기능에만 중점을 두었고, FTL이 호스트 시스템에서 동작하는 방식에 대한 연구는 이루어지지 않았다. 본 논문에서는 실험을 통하여 기존의 호스트 FTL이 다중 유저가 동시에 I/O를 요청하는 환경에서 병목 현상을 발생시킴을 보여준다. 또한 이러한 문제를 해결하기 위하여 최적화 된 구조를 가진 MT-FTL(Multi-threaded Flash Translation Layer)을 제안하였다. MT-FTL은 여러 사용자가 요청한 I/O 작업을 효율적으로 처리하고 스토리지 스택의 확장성을 보장한다. 본 논문의 말미에서는 실험 결과를 통하여 MT-FTL의 성능이 기존 호스트 FTL과 달리 시스템 확장성을 보장하고 다중 사용자의 동시 접근을 효율적으로 처리함을 보인다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Recently, many researchers have been studying and proposing various kinds of host-level Flash Translation Layer (Host FTL). Host FTL manages a solid state drive (SSD) on the host system. thus, Host FTL could overcome the limitations of traditional SSDs that handle I/O requests with block I/O interfaces. However, in the previous research, only the functionalities of Host FTL was focused on, and the way that the FTL operates in the host system as a set of thread has not been studied. In this paper, we show that the existing host FTL causes bottlenecks through experiments in an environment where multiple users simultaneously request I/O operations. To solve this problems, we propose MT-FTL, Multi-threaded Flash Translation Layer. MT-FTL efficiently handles I/O operations requested by multiple users and ensures scalability of the storage stack.

목차 (Table of Contents)

• 제1장 서론 ............................................................................................ 1
• 제2장 Background ............................................................................... 3
• 2-1 오픈 채널 SSD (Open-Channel SSD, OC-SSD) ............................................... 3
• 2-2 LightNVM ........................................................................................................... 6
• 2-3 pblk ..................................................................................................................... 8
• 2-3-1 pblk의 주요 자료 구조 .................................................................................. 8
• 2-3-1-1 Ring Write Buffer ...................................................................................... 8
• 2-3-1-2 L2P 매핑 테이블 ........................................................................................ 9
• 2-3-1-3 Rate Limiter ............................................................................................... 9
• 2-3-1-4 Line ........................................................................................................... 10
• 2-3-2 pblk의 쓰기 동작 ......................................................................................... 10
• 2-3-3 pblk의 읽기 동작 ......................................................................................... 13
• 2-3-4 pblk의 가비지 컬렉션 동작 ........................................................................ 14
• 제3장 MT-FTL: Multi-Threaded Flash Translation Layer .......................... 16
• 3-1 MT-FTL의 구조 ............................................................................................... 19
• 3-2 MT-FTL의 입출력 동작 .................................................................................. 22
• 3-2-1 읽기 요청 처리 과정 ..................................................................................... 22
• 3-2-2 쓰기 요청 처리 과정 ................................................................................... 23
• 3-2-3 Flush 요청 처리 과정 .................................................................................. 27
• 제4장 실험 및 분석 ............................................................................................ 28
• 4-1 실험 환경 ......................................................................................................... 28
• 4-2 실험 결과 ........................................................................................................... 29
• 4-2-1 버퍼 사용 분석 ............................................................................................ 29
• 4-2-2 L2P 매핑 테이블에 대한 Lock Contention 오버헤드 측정 ...................... 35
• 4-2-3 성능 측정 및 비교 ....................................................................................... 37
• 4-2-3-1 다중 사용자에 의한 동시 I/O 요청 처리 ............................................... 37
• 4-2-3-2 시스템 확장성 .......................................................................................... 39
• 4-2-3-3 Flush 요청으로 인한 성능 저하 ............................................................. 40
• 4-2-3-4 RWB의 Utilization이 불균등 할 때 성능 관찰 ...................................... 41
• 제5장 결론 ............................................................................................................ 44
• 제6장 관련 연구 및 향후 전망 ........................................................................ 45
• 6-1 오픈 채널 SSD 에뮬레이터 ............................................................................. 45
• 6-2 오픈 채널 SSD를 활용한 연구 ....................................................................... 45
• 6-3 호스트 FTL의 향후 전망 ................................................................................ 46
• 참고 문헌 .............................................................................................................. 48
• ABSTRACT ............................................................................................................ 50