KR100787856B1 - 플래시 메모리 저장장치의 페이지 교체 방법 - Google Patents

플래시 메모리 저장장치의 페이지 교체 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 플래시 메모리 저장장치의 페이지 교체방법에 관한 것으로, 각각 페이지 넘버, 더티 페이지 필드 및 콜드 플래그 필드로 구성된 다수개의 버퍼 리스트를 가진 버퍼 캐시 및 플래시 메모리를 포함한 시스템에 있어서, 버퍼 캐시 내에서 페이지 교체 발생시 버퍼 리스트의 LRU 위치에 있는 페이지가 더티 페이지인가를 검사하는 단계; LRU 위치에 있는 페이지가 더티 페이지이면, 콜드 플래그가 설정되었는가를 해당 버퍼 리스트의 콜드 플래그 필드의 값을 통해 검사하는 단계; 및 콜드 플래그 필드에 콜드 플래그가 설정되어 있지 않으면, 콜드 플래그를 설정한 후에 버퍼 리스트의 MRU 위치로 이동시키는 단계를 포함한다.

Description

플래시 메모리 저장장치의 페이지 교체 방법{METHOD FOR CHANGING PAGE IN FLASH MEMORY STORAGE}
도 1은 본 발명에 따른 플래시 메모리 저장장치의 페이지 교체를 위한 버퍼 캐시의 구조를 예시한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 플래시 메모리 저장장치의 페이지 교체방법에 대한 동작 플로차트를 나타낸 도면.
본 발명은 플래시 메모리 저장장치의 페이지 교체 방법에 관한 것이다.
플래시 메모리는 비휘발성 메모리의 한 종류로서 NAND 타입과 NOR 타입으로 나뉜다.
일반적으로, NOR 플래시 메모리는 코드의 저장용으로 사용되고, NAND 플래시 메모리는 데이터 저장장치로 사용된다.
NAND 플래시 메모리는 일반적으로 512 바이트 크기를 갖는 페이지 단위의 I/O(Input/output)를 지원한다. NAND 플래시 메모리에서, 쓰기 속도는 읽기 속도에 비해 약 8배 이상 느리며, 소거속도는 읽기/쓰기 속도에 비해 매우 느리다.
이러한 플래시 메모리 저장장치의 물리적인 특성으로 인해 in-place-update가 불가능하다. 이에 따라, in-place-update가 가능한 블록장치로 사용하기 위해서는 파일시스템의 LBA(Logical Block Address)와 플래시 메모리의 물리 페이지 주소 간의 블록 매핑 구조가 필요하다. 여러 블록 매핑 기법 중 널리 쓰이는 방식은 FTL(Flash Translation Layer)이다. FTL은 빠른 주소변환을 위해 SRAM에 블록이나 페이지에 대한 매핑 테이블을 저장하며, 그 외에 가비지 콜렉션, 배드 블록 관리 등의 역할을 수행한다.
이러한 플래시 메모리에서 가장 널리 사용되는 페이지 교체 정책인 LRU(Least Recently Used)는 페이지의 변경(modified) 여부와 관계없이 가장 오래전에 참조된 페이지를 교체할 페이지로 선정하는 기법이다.
즉, LRU는 변경된 페이지인지를 고려하지 않고 가장 오랫동안 참조 되지 않은 페이지를 교체하는 기법이다.
그러나, 변경된 페이지를 교체할 경우에는 플래시 메모리에 쓰기 작업이 발생한다. 이러한 쓰기 작업은 읽기 작업에 비해 느린 플래시 메모리의 성능저하의 원인으로 작용한다.
한편, 이를 개선하여 페이지 교체시 변경된 페이지를 지연하는 기술이 있다.
그러나, 모든 변경된 페이지에 대해 플래시 메모리로의 쓰기를 지연하는 것은 페이지 적중률 감소로 인한 성능저하의 원인으로 작용한다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 플래시 메모리에 대한 쓰기 횟수와 소거횟수가 감소함으로써, 페이지의 적중률 감소 및 성능저하를 방지한 플래시 메모리 저장장치의 페이지 교체방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 플래시 메모리 저장장치의 페이지 교체방법은, 각각 페이지 넘버, 더티 페이지 필드 및 콜드 플래그 필드로 구성된 다수개의 버퍼 리스트를 가진 버퍼 캐시 및 플래시 메모리를 포함한 시스템에 있어서, 버퍼 캐시 내에서 페이지 교체 발생시 버퍼 리스트의 LRU 위치에 있는 페이지가 더티 페이지인가를 검사하는 단계; LRU 위치에 있는 페이지가 더티 페이지이면, 콜드 플래그가 설정되었는가를 해당 버퍼 리스트의 콜드 플래그 필드의 값을 통해 검사하는 단계; 및 콜드 플래그 필드에 콜드 플래그가 설정되어 있지 않으면, 콜드 플래그를 설정한 후에 버퍼 리스트의 MRU 위치로 이동시키는 단계를 포함한다.
상기 더티 페이지인가를 검사하는 단계에서, 더티 비트 필드의 설정 값이 더티 비트가 아니면, 해당 페이지를 교체 페이지로 선택하고, 해당 페이지를 버퍼 캐시의 버퍼 리스트에서 제거하는 단계를 더 포함한다.
상기 콜드 플래그 필드의 값을 통해 검사하는 단계에서 콜드 플래그 필드의 설정 값이 페이지 콜드로 설정되어 있으면, 해당 페이지를 교체 페이지로 선택하고, 해당 페이지를 버퍼 캐시의 버퍼 리스트에서 제거하는 단계를 더 포함한다.
이하 본 발명에 따른 지능형 콘텐츠 생성방법을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
또한, 이해의 편의를 위하여 비록 다른 도면에 속하더라도 동일한 구성요소에는 동일한 부호를 부여하였음을 주의하여야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 플래시 메모리 저장장치의 페이지 교체를 위한 버퍼 캐시의 구조를 예시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 버퍼 캐시는 다수개의 LRU 리스트를 페이지가 최근에 참조된 순서대로 구성되어 있다. 즉, 버퍼 캐시는 최근에 참조된 순서는 각각의 페이지 넘버 1에서부터 5로 향할수록 최근에 참조 되었음을 나타타낸다.
LRU 리스트 각각은 페이지 넘버(Page No.), 버퍼 캐시 내의 페이지의 변경 유무를 나타내는 더티 비트 필드(Dirty Bit) 및 페이지 변경이 일어난 페이지 중 재 쓰기의 발생가능 여부를 나타내기 위한 콜드 플래그 필드(Cold flag)를 포함한다.
더티 비트 필드는 비트 "1"인 경우 데이터의 변경이 일어난 페이지를 나타내고, 비트 "0"인 경우 데이터의 변경이 일어나지 않은 페이지를 나타낸다.
이때, 더티 비트 필드가 "1"인 페이지를 더티 페이지라고 하며, 더티 비트 필드가 "0"인 페이지를 클린 페이지라고 한다.
즉, 더티 페이지는 차후에 페이지 교체가 될 경우 플래시 메모리로 더티 페이지의 데이터의 기록이 이루어져야 한다.
반면, 클린 페이지는 변경이 일어나지 않아 플래시 메모리에 저장된 페이지와 같은 데이터를 가진다. 따라서, 플래시 메모리에 데이터의 기록이 필요 없게 된다.
한편, 페이지가 최초로 참조 되어 플래시 메모리로부터 버퍼캐시로 로딩 되면, 더티 비트 필드는 "0"으로 설정되고, 콜드 플래그 필드는 "미설정"으로 각각 초기화된다. 즉, 최초 참조된 페이지에 대한 LRU는 플래시 메모리와 같은 데이터를 포함하고 있으며(더티 비트 필드 "0"), 콜드 플래그 미설정을 포함한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 콜드 플래그 필드에 설정된 값은 더티 페이지 필드의 값에 대한 메타 데이터를 나타낸다.
도 2는 본 발명에 따른 플래시 메모리 저장장치의 페이지 교체방법에 대한 동작 플로차트를 나타낸 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 버퍼 캐시 내에서 페이지 교체가 필요하면(S20), 버퍼 리스트의 LRU 위치에 있는 페이지가 더티 페이지인가를 검사한다(S21).
이때, LRU 위치에 있는 페이지가 더티 페이지인가의 검사는 도 1에 도시된 바와 같은 더티 비트 필드의 설정 값을 통해서 이루어진다.
검사결과, 해당 페이지가 더티 페이지이면, 콜드 플래그가 설정되었는가를 도 1에 도시된 바와 같은 콜드 플래그 필드의 값을 통해 검사한다(S22).
콜드 플래그 필드에 콜드 플래그가 설정되어 있지 않으면, 콜드 플래그를 설정한 후에 버퍼 리스트의 MRU 위치로 이동시킨다(S23, S24).
이후, 새로이 LRU 위치에 있는 페이지에 대해서 해당 페이지가 더티 페이지인가를 판단하기 위해서 단계 S21로 진행한다.
한편, 단계 S21에서 더티 비트 필드의 설정 값이 더티 비트가 아니거나, 단계 S22에서 콜드 플래그 필드의 설정 값이 페이지 콜드로 설정되어 있으면, 해당 페이지를 교체 페이지로 선택하고, 해당 페이지를 버퍼 리스트에서 제거한다(S25, S26).
다시 말해서 본 발명은 콜드 플래그 필드를 더티 페이지 중 미래에 재 쓰기가 발생할 가능성이 낮은 콜드 더티 페이지(cold dirty page)를 식별하고, 이를 제외한 나머지 더티 페이지, 즉 미래에 재 쓰기가 발생할 가능성이 높은 더티 페이지를 버퍼 캐시에 유지함으로써, 쓰기 발생 횟수와 지우기 횟수를 감소시킨다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 플래시 메모리 저장장치의 페이지 교체 방법에 따르면, 플래시 메모리에 대한 쓰기 횟수와 소거횟수가 감소함으로써, 페이지의 적중률 감소 및 이로 인한 성능저하를 방지할 수 있으며 플래시 메모리의 수명이 향상되는 결과를 가져온다.

Claims (4)

  1. 각각 페이지 넘버, 더티 페이지 필드 및 콜드 플래그 필드로 구성된 다수개의 버퍼 리스트를 가진 버퍼 캐시 및 플래시 메모리를 포함한 시스템에서 플래시 메모리 저장장치의 페이지 교체방법에 있어서,
    버퍼 캐시 내에서 페이지 교체 발생시 버퍼 리스트의 LRU 위치에 있는 페이지가 더티 페이지인가를 검사하는 단계;
    LRU 위치에 있는 페이지가 더티 페이지이면, 콜드 플래그가 설정되었는가를 해당 버퍼 리스트의 콜드 플래그 필드의 값을 통해 검사하는 단계; 및
    콜드 플래그 필드에 콜드 플래그가 설정되어 있지 않으면, 콜드 플래그를 설정한 후에 버퍼 리스트의 MRU 위치로 이동시키는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 플래시 메모리 저장장치의 페이지 교체 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 더티 페이지인가를 검사하는 단계에서, 더티 비트 필드의 설정 값이 더티 비트가 아니면, 해당 페이지를 교체 페이지로 선택하고, 해당 페이지를 버퍼 캐시의 버퍼 리스트에서 제거하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 플래시 메모리 저장장치의 페이지 교체 방법.
  3. 각각 페이지 넘버, 더티 페이지 필드 및 콜드 플래그 필드로 구성된 다수개의 버퍼 리스트를 가진 버퍼 캐시 및 플래시 메모리를 포함한 시스템에서 플래시 메모리 저장장치의 페이지 교체방법에 있어서,
    버퍼 캐시 내에서 페이지 교체 발생시 버퍼 리스트의 LRU 위치에 있는 페이지가 더티 페이지인가를 검사하는 단계;
    LRU 위치에 있는 페이지가 더티 페이지이면, 콜드 플래그가 설정되었는가를 해당 버퍼 리스트의 콜드 플래그 필드의 값을 통해 검사하는 단계;
    콜드 플래그 필드에 콜드 플래그가 설정되어 있지 않으면, 콜드 플래그를 설정한 후에 버퍼 리스트의 MRU 위치로 이동시키는 단계; 및
    상기 콜드 플래그 필드의 값을 통해 검사하는 단계에서 콜드 플래그 필드의 설정 값이 페이지 콜드로 설정되어 있으면, 해당 페이지를 교체 페이지로 선택하고, 해당 페이지를 버퍼 캐시의 버퍼 리스트에서 제거하는 단계;
    를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 플래시 메모리 저장장치의 페이지 교체 방법.
  4. 각각 페이지 넘버, 더티 페이지 필드 및 콜드 플래그 필드로 구성된 다수개의 버퍼 리스트를 가진 버퍼 캐시 및 플래시 메모리를 포함한 시스템에서 플래시 메모리 저장장치의 페이지 교체방법에 있어서,
    버퍼 캐시 내에서 페이지 교체 발생시 버퍼 리스트의 LRU 위치에 있는 페이지가 더티 페이지인가를 검사하는 단계;
    LRU 위치에 있는 페이지가 더티 페이지이면, 콜드 플래그가 설정되었는가를 해당 버퍼 리스트의 콜드 플래그 필드의 값을 통해 검사하는 단계;
    콜드 플래그 필드에 콜드 플래그가 설정되어 있지 않으면, 콜드 플래그를 설정한 후에 버퍼 리스트의 MRU 위치로 이동시키는 단계;
    상기 더티 페이지인가를 검사하는 단계에서, 더티 비트 필드의 설정 값이 더티 비트가 아니면, 해당 페이지를 교체 페이지로 선택하고, 해당 페이지를 버퍼 캐시의 버퍼 리스트에서 제거하는 단계; 및
    상기 콜드 플래그 필드의 값을 통해 검사하는 단계에서 콜드 플래그 필드의 설정 값이 페이지 콜드로 설정되어 있으면, 해당 페이지를 교체 페이지로 선택하고, 해당 페이지를 버퍼 캐시의 버퍼 리스트에서 제거하는 단계;
    를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 플래시 메모리 저장장치의 페이지 교체 방법.
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