KR101278591B1 - 플래시 메모리 시스템 및 그 동작 방법 - Google Patents

플래시 메모리 시스템 및 그 동작 방법 Download PDF

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Abstract

개시된 기술은 플래시 메모리 시스템 및 그 동작 방법에 관한 것이다.
개시된 기술은 상위 계층이 버퍼캐시를 이용하여 플래시 메모리의 데이터를 수정하는 경우, 상기 데이터의 섹터정보를 추출하는 섹터정보 추출부; 상기 섹터정보 추출부로부터 추출된 상기 섹터정보를 플래시 변환 계층이 인식할 수 있도록 변환하는 섹터정보 변환 인터페이스; 및 상기 섹터정보 변환 인터페이스로부터 변환된 상기 섹터정보를 기초로 상기 플래시 메모리를 관리하는 플래시 변환 계층을 포함하는 플래시 메모리 시스템이다.

Description

플래시 메모리 시스템 및 그 동작 방법{SYSTEM AND OPERATING METHOD FOR FLASH MEMORY}
본 명세서에 개시된 기술은 플래시 메모리 시스템 및 그 동작 방법에 관한 것이다.
플래시 메모리는 전원이 공급되지 않아도 기록된 데이터가 소멸되지 않는 비휘발성 메모리 장치이다. 플래시 메모리는 셀과 비트 라인의 연결 상태에 따라 NAND형과 NOR 형으로 구분된다. NAND형 플래시 메모리는 쓰기 속도가 빠르고 단위 면적당 단가가 낮기 때문에, 주로 대용량 데이터 저장장치로 사용된다. NOR형 플래시 메모리는 읽기 속도가 빠른데 반하여 쓰기 속도가 느리기 때문에, 주로 코드용 메모리로 사용된다. 플래시 메모리는 다른 메모리 소자와 비교할 때, 비교적 낮은 단가로 빠른 읽기 속도를 제공할 수 있는 장점이 있다.
플래시 메모리는 쓰기와 삭제하는 데이터 단위가 다른 특징을 갖고 있다. 플래시 메모리에 데이터를 쓸 때는 페이지 단위로 데이터를 쓰지만, 삭제할 때는 페이지보다 큰 단위인 블록 단위로 삭제가 이루어 진다. 이러한 특징은 플래시 메모리를 주 메모리로 사용하는 것을 어렵게 할 뿐만 아니라, 플래시 메모리가 보조기억장치로 사용되는 경우에도 일반 하드디스크용 파일 시스템을 그대로 활용하는 것을 저해하는 요인이 된다. 따라서, 파일 시스템과 플래시 메모리 사이에 플래시 변환 계층(Flash Translation Layer)이 사용된다.
플래시 변환 계층은 주소사상 기능과 가비지 컬렉션(garbage collection) 기능으로 구성된다. 주소 사상 기능은 파일 시스템으로부터 덮어쓰기 요청을 받은 경우 해당 데이터를 원래 페이지로 덮어쓰는 대신, 다른 빈 페이지에 기록함으로써 부가적인 페이지 복사 및 삭제 연산을 감소시키는 역할을 한다. 플래시 메모리가 블록 단위로 액세스 되는 경우에, 플래시 메모리는 복수의 블록들로 분할된다. 분할된 블록에 순차적으로 할당된 번호를 물리 블록 번호라 하고, 사용자가 생각하는 분할된 블록의 가상 번호를 논리 블록 번호라 한다. 플래시 변환 계층의 맵핑 기법에 따르면 논리적으로 연속된 어드레스를 가지는 데이터가 물리적으로는 서로 상이한 위치에 기록되어 있을 수 있다. 상위 계층이 기존에 기입된 적이 있는 논리 블록 번호에 대해 기입 명령을 보내는 경우, 플래시 변환 계층은 상위 계층으로부터 제공된 데이터를 다른 위치에 쓰고, 기존 데이터를 무효화하는 기법을 사용한다. 이와 같은 플래시 변환 계층의 알고리즘적인 특성으로 인해 블록 전체가 무효화된 데이터로 채워지는 블록이 생길 수 있는데, 이러한 블록을 가비지 블록(garbage block)이라 한다. 가비지 블록은 먼저 소거 연산을 통해 기입이 가능한 상태로 변환된 후, 재사용된다. 플래시 변환 계층에서는 이러한 연산 과정을 가비지 컬렉션(garbage collection)이라 부른다. 이러한 연산이 얼마나 빠르게 수행되느냐에 따라 플래시 메모리 기반 저장장치의 성능이 좌우된다.
플래시 메모리의 가비지 컬렉션 비용 감소를 위한 기법으로 버퍼캐시 관리 기법이 있다. 버퍼캐시는 일반적으로 DRAM 혹은 SDRAM으로 구성되어 있으며, 상위 계층으로부터 요청된 읽기 및 쓰기 데이터를 임시적으로 보관하는 역할을 한다. 플래시 메모리 계층은 버퍼캐시를 통하여 요청된 읽기 및 쓰기 데이터를 처리하며, 필요할 경우 블록 삭제 연산도 수행한다.
개시된 기술이 이루고자 하는 기술적 과제는 플래시 메모리 시스템 및 그 동작 방법을 제공하는 데 있다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위해 개시된 기술은 상위 계층이 버퍼캐시를 이용하여 플래시 메모리의 데이터를 수정하는 경우, 상기 데이터의 섹터정보를 추출하는 섹터정보 추출부; 상기 섹터정보 추출부로부터 추출된 상기 섹터정보를 플래시 변환 계층이 인식할 수 있도록 변환하는 섹터정보 변환 인터페이스; 및 상기 섹터정보 변환 인터페이스로부터 변환된 상기 섹터정보를 기초로 상기 플래시 메모리를 관리하는 플래시 변환 계층을 포함하는 플래시 메모리 시스템을 제공한다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위해 개시된 기술은 플래시 메모리 시스템이 동작하는 방법에 있어서, 상위 계층이 버퍼캐시를 이용하여 플래시 메모리의 데이터를 수정하는 경우, 상기 데이터의 섹터정보를 추출하는 단계; 상기 추출된 섹터정보를 플래시 변환 계층이 인식할 수 있도록 변환하는 단계; 및 상기 변환된 섹터정보를 기초로 상기 플래시 메모리를 관리하는 단계를 포함하는 플래시 메모리 시스템의 동작 방법을 제공한다.
개시된 기술은 다음의 효과를 가질 수 있다. 다만, 특정 실시 예가 다음의 효과를 전부 포함해야 한다거나 다음의 효과만을 포함한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위는 이에 의해 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
본 명세서에 의해 개시된 플래시 메모리 시스템 및 그 동작 방법은 데이터의 섹터정보를 기초로 플래시 메모리를 관리할 수 있는 장점이 있다. 본 명세서에 의해 개시된 플래시 메모리 시스템 및 그 동작 방법은 섹터정보를 상위 계층에서 버퍼캐시로 전달하는 명령으로부터 추출할 수 있는 장점이 있다. 본 명세서에 의해 개시된 플래시 메모리 시스템 및 그 동작 방법은 플래시 메모리의 블록 당 수정 요청이 발생한 페이지의 개수를 기초로 가비지 컬렉션을 수행할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 개시된 기술의 일 실시예에 따른 플래시 메모리 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 섹터정보를 추출하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 개시된 기술의 일 실시예에 따라 가비지 컬렉션을 수행하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 개시된 기술의 일 실시예에 따른 플래시 메모리 시스템이 동작하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 5는 개시된 기술의 섹터정보 변환 인터페이스를 가상 머신 환경에서 구현하는 것을 나타내는 도면이다.
도 6은 개시된 기술의 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다.
도 7은 개시된 기술의 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 출원의 실시 예들을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 본 출원에 개시된 기술은 여기서 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 단지, 여기서 소개되는 실시 예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 출원의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
한편, 본 출원에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다. “제1 ” 또는 “제2 ” 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
또, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, “포함하다” 또는 “가지다”등의 용어는 기술되는 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또, 방법 또는 동작 방법을 수행함에 있어서, 상기 방법을 이루는 각 과정들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않은 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 과정들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.
도 1은 개시된 기술의 일 실시예에 따른 플래시 메모리 시스템(100)을 설명하기 위한 도면이다. 도 1을 참조하면, 플래시 메모리 시스템(100)은 섹터정보 추출부(110), 섹터정보 변환 인터페이스(120) 및 플래시 메모리 기반 디스크(130)를 포함한다.
섹터정보 추출부(110)는 상위 계층(10)이 버퍼캐시(20)를 이용하여 플래시 메모리(132)의 데이터를 수정하는 경우, 데이터의 섹터정보를 추출한다. 섹터정보 추출부(110)는 상위 계층(10)에서 버퍼캐시(20)로 전달되는 명령으로부터 섹터정보를 추출할 수 있다. 섹터정보 추출부(110)는 소프트웨어 모듈, 소프트웨어 모듈이 실행되는 프로세서 또는 소프트웨어 모듈이 기록된 컴퓨터 판독매체 등으로 구체화 될 수 있다. 이때, 소프트웨어 모듈은 여러 가지 프로그래밍 언어로 작성될 수 있고, 실행 가능한 기계어 코드로 컴파일 될 수 있으며, 컴퓨터 코드 또는 명령어 집합 등을 포함하는 포괄적인 의미를 갖는다.
섹터정보 추출부(110)는 상위 계층(10)에서 버퍼캐시(20)로 데이터의 쓰기, 수정 등의 명령이 전달될 때, 상기 명령으로부터 섹터정보를 추출하도록 설계될 수 있다. 상위 계층(10)은 운영체제 또는 응용프로그램 등이 될 수 있다. 버퍼캐시(20)는 컴퓨터의 주기억 장치와 플래시 메모리(132) 사이에서 데이터를 주고받을 때 정보를 임시로 기억해 두고 사용할 수 있는 공간이다. 버퍼캐시(20)는 주기억 장치의 한 영역에 최근에 사용된 데이터의 내용을 기억하는 버퍼영역으로 할당된 것을 말하는데, 플래시 메모리 기반 디스크(130)내에 플래시 변환 계층(131)과 함께 존재하도록 설계될 수 있다.
섹터정보 변환 인터페이스(120)는 섹터정보 추출부(110)로부터 추출된 섹터정보를 플래시 변환 계층(131)이 인식할 수 있도록 변환한다. 섹터정보 추출부(110)로부터 추출된 섹터정보는 플래시 변환 계층(131)이 바로 인식할 수 없으므로, 섹터정보 변환 인터페이스(120)에서 섹터정보를 변환하여 플래시 변환 계층(131)으로 전달한다. 섹터정보 변환 인터페이스(120)는 디스크 프로토콜(SATA, SCSI 등)의 종류에 따라 구현되는 방법이 달라질 수 있다. 즉, 상위 계층(10)과 플래시 변환 계층(131) 상호간의 통신방식, 데이터형식, 전송속도 등은 다르기 때문에 통일된 통신방식이 필요하고, 섹터정보 변환 인터페이스(120)은 상위 계층(10)의 통신방식에 따른 섹터정보를 플래시 변환 계층(131)의 통신방식으로 변환하는 기능을 수행한다.
플래시 메모리 기반 디스크(130)는 플래시 변환 계층(131)과 플래시 메모리(132)를 포함한다. 플래시 변환 계층(131)은 섹터정보 변환 인터페이스(120)로부터 변환된 섹터정보를 기초로 플래시 메모리(132)를 관리한다. 플래시 변환 계층(131)은 플래시 메모리(132)에서 불필요한 쓰기 또는 삭제 과정 등을 제거하여 플래시 메모리(132)를 관리함으로써, 플래시 메모리 기반 디스크(130)의 성능을 향상시킬 수 있다. 또한, 플래시 변환 계층(131)은 변환된 섹터정보를 기초로 가비지 컬렉션을 수행할 수 있다. 플래시 변환 계층(131)은 변환된 섹터정보를 통해 상위 계층(10)에서 수정 요청이 발생하였으나, 플래시 메모리(132)에 수정된 데이터가 기록되기 전에 플래시 메모리(132)의 어느 블록의 어느 페이지가 수정될 것인지를 알 수 있다. 따라서, 플래시 변환 계층(131)은 수정 요청이 발생한 페이지 정보를 이용하여, 불필요한 쓰기 또는 삭제 과정 등을 제거할 수 있다. 구체적으로 플래시 변환 계층(131)은 변환된 섹터정보를 플래시 메모리(132)의 페이지 정보로 변환하고, 블록 당 수정 요청이 발생한 페이지 개수를 기초로 가비지 컬렉션을 수행할 수 있다. 이때, 플래시 변환 계층(131)은 플래시 메모리(132)의 블록들의 무효 페이지 개수 및 수정 요청이 발생한 페이지 개수를 기초로 빅팀(VICTIM) 블록을 선정하여 가비지 컬렉션을 수행할 수 있다. 일 예로서, 플래시 변환 계층(131)은 무효 페이지 개수에서 수정 요청이 발생한 페이지 개수를 뺀 값이 가장 큰 값을 갖는 블록을 빅팀 블록으로 선정하여 가비지 컬렉션을 수행할 수 있다. 빅팀 블록이란, 플래시 변환 계층(131)이 가비지 컬렉션을 수행할 때, 저장공간 확보를 위해 데이터를 삭제하는 블록을 의미한다.
도 2는 개시된 기술의 일 실시예에 따른 섹터정보를 추출하는 것을 설명하기 위한 도면이다. 도 2를 참조하면, 섹터정보 추출부(110)는 명령으로부터 섹터정보를 추출한다. 상위 계층(10)은 버퍼캐시(20)로 데이터의 수정 명령을 전달할 수 있다. 명령은 수정되는 데이터의 섹터정보 및 수정내용 등을 포함할 수 있다. 섹터정보 추출부(110)는 명령에 포함된 정보들 중에서 섹터정보를 추출한다. 섹터정보는 수정되는 데이터의 저장위치에 관한 정보이다. 일 실시예로서, 섹터정보는 섹터넘버 및 길이 정보를 포함할 수 있다. 섹터정보는 상기 섹터넘버부터 상기 길이만큼의 구역에 저장되어 있는 데이터가 상위 계층(10)에 의해 수정되었음을 나타낼 수 있다.
도 3은 개시된 기술의 일 실시예에 따른 플래시 변환 계층(131)이 가비지 컬렉션을 수행하는 것을 설명하기 위한 도면이다. 섹터정보는 블록1의 페이지4 및 페이지5에 데이터의 수정 요청이 발생하였음을 나타낸다. 플래시 변환 계층(131)은 섹터정보를 기초로 가비지 컬렉션을 수행한다. 일 실시예로서, 블록1(132A)은 무효 페이지를 3개, 수정요청 페이지를 2개 포함하고, 블록2(132B)는 무효 페이지를 2개, 수정요청 페이지를 0개 포함하고, 블록N(132N)은 무효 페이지를 1개, 수정요청 페이지를 0개 포함한다. 만약, 플래시 변환 계층(131)이 섹터정보 없이 가비지 컬렉션을 수행한다면, 무효 페이지 개수가 가장 큰 블록1(132A)를 빅팀 블록으로 선정할 수 있다. 무효 페이지 개수가 가장 큰 블록을 삭제하는 것이 가장 효율적이기 때문이다. 하지만, 블록1(132A)의 페이지4 및 페이지5는 수정 요청에 따라 수정될 페이지이기 때문에, 블록1(132A)을 빅팀 블록으로 선정하여, 가비지 컬렉션을 하면, 블록1(132A)의 페이지4 및 페이지5를 다른 블록으로 복사해야 한다. 블록1(132A)의 페이지4 및 페이지5가 다른 블록에 복사되고, 수정 요청에 따라 플래시 메모리(132)의 페이지를 수정하면, 다른 블록에 복사된 페이지4 및 페이지5는 무효 페이지가 되고, 수정 데이터를 또 다른 페이지에 쓰게 된다. 이러한 과정은 다른 블록에 무효 페이지를 증가시키게 된다. 플래시 메모리(132)는 불필요한 데이터로 인해 저장 공간이 부족하게 되며, 플래시 변환 계층(131)이 더 많은 가비지 컬렉션을 수행하게 만들 수 있다. 따라서, 섹터정보를 통해 블록1(132A)의 페이지4 및 페이지5가 수정될 것을 미리 반영하여 가비지 컬렉션을 수행함으로써, 메모리 연산을 줄일 수 있다. 일 예로서, 블록 당 무효 페이지의 개수에서 수정 요청 페이지의 개수를 뺀 값이 가장 큰 값을 갖는 블록을 빅팀블록으로 선정할 수 있다. 상술한 방법에 따르면, 블록1(132A)은 무효 페이지 개수 3개에서 수정요청 페이지 개수 2를 빼면 1의 값을 갖고, 블록2(132B)는 무효 페이지 개수 2에서 수정요청 페이지 개수 0을 빼면 2의 값을 갖고, 블록N(132N)는 무효 페이지 개수 1에서 수정요청 페이지 개수 0을 빼면 1의 값을 갖는다. 따라서, 플래시 변환 계층(131)은 블록2(132B)를 빅팀 블록으로 선정하여 가비지 컬렉션을 수행할 수 있고, 불필요한 쓰기 및 삭제 과정을 제거할 수 있다.
도 4는 개시된 기술의 일 실시예에 따른 플래시 메모리 시스템(100)이 동작하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 도 4를 참조하면, 플래시 메모리 시스템(100)이 동작하는 방법에 있어서, S10블록에서 상위 계층이 버퍼캐시를 이용하여 플래시 메모리의 데이터를 수정하는 경우, 데이터의 섹터정보를 추출한다. S20블록에서 추출된 섹터정보를 플래시 변환 계층이 인식할 수 있도록 변환한다. S30블록에서 섹터정보를 기초로 플래시 메모리를 관리한다.
플래시 메모리 시스템(100)이 동작하는 방법에 있어서, 섹터정보를 기초로 플래시 메모리(132)를 관리하는 단계는 변환된 섹터정보를 기초로 플래시 메모리(132)에서 불필요한 쓰기 또는 삭제 과정을 제거하여 플래시 메모리(132)를 관리하는 단계를 포함한다. 또한, 플래시 변환 계층(131)이 변환된 섹터정보를 기초로 플래시 메모리(132)에서 가비지 컬렉션을 수행하는 단계를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로 플래시 변환 계층(131)이 섹터정보를 플래시 메모리(132)의 페이지 정보로 변환하고, 블록 당 수정 요청이 발생한 페이지 개수를 기초로 가비지 컬렉션을 수행할 수 있으며, 플래시 변환 계층(131)이 블록 당 수정 요청이 발생한 페이지의 개수 정보를 저장하고, 플래시 메모리(132)의 블록들의 무효 페이지 개수 및 수정 요청이 발생한 페이지 개수를 기초로 빅팀 블록을 선정하여 가비지 컬렉션을 수행할 수 있다. 일 예로서, 플래시 변환 계층(131)은 플래시 메모리(132)의 블록들의 무효 페이지 개수에서 수정 요청이 발생한 페이지 개수를 뺀 값이 가장 큰 값을 갖는 블록을 빅팀 블록으로 선정하여 가비지 컬렉션을 수행할 수 있다.
도 5는 개시된 기술의 섹터정보 추출부(110)를 가상 머신 환경에 적용한 것을 나타내는 도면이며, 도 6은 개시된 기술의 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이며, 도 7은 개시된 기술의 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다. 이하에서는 도 5 내지 도 7을 통하여 개시된 기술이 플래시 메모리(132)의 관리 효율을 증가시킴을 증명한다.
1. 실험 개요
Xen을 이용한 가상 머신 환경에 본 발명을 적용한다. Xen 가상 머신 환경에서 섹터정보 추출부(110)를 구현하고, 읽기/쓰기/수정 요청이 포함된 디스크 요청 트레이스를 수집한 뒤, 섹터정보 변환 인터페이스(120)를 지원하는 플래시 메모리 기반 디스크 시뮬레이터를 이용하여 성능을 측정한다.
2. 가상 머신 환경에서 섹터정보 추출부(110)를 구현
섹터정보 추출부(110)는 상위 계층(10)에 의한 플래시 메모리 기반 디스크(130)에 저장된 데이터의 수정을 일반적인 버퍼캐시 단계에서 미리 파악하고, 이에 관한 섹터정보를 플래시 메모리 기반 디스크(130)에 전달하는 소프트웨어 모듈, 소프트웨어 모듈이 실행되는 프로세서 또는 소프트웨어 모듈이 기록된 컴퓨터 판독매체 등으로 구체화 될 수 있다. 개시된 발명이 적용되는 시스템에 따라, 섹터정보 추출부(110)를 구현하는 형태는 달라질 수 있다. 기존의 시스템 구성 요소들을 수정하여 구현되거나, 새로운 모듈을 추가하여 구현 될 수 있다. 본 실험예에서는 가상 머신 환경에서 섹터정보 추출부(110)를 구현하였다.
도 5는 Xen 환경에서 구현된 섹터정보 추출부(110)를 도식화 한 것이다. 가상 머신 환경에서 DomainU(210) 의 응용프로그램(211)이 플래시 메모리 기반 디스크(130)에 저장된 데이터를 수정하면 그 수정 내용이 DomainU(210) 의 버퍼캐시에 반영된 후, 이를 디스크에 기록하는 쓰기 요청이 DomainU(210) 의 GuestOS 와 DomainO(220) 의 GuestOS 를 거쳐서 실제 디스크(300)에 전달된다. 응용프로그램(211)은 파일 위치 정보(212)를 GuestOS로 전달하고, DomainU(210) 에 있는 GuestOS 의 VFS 계층을 수정하면 버퍼캐시에 반영되는 데이터 수정 요청과 관련된 정보, 즉 가상 디스크의 위치 정보(213)를 얻을 수 있다. 가상 디스크의 위치 정보(213)를 DomainO(220) 의 GuestOS 에 전달하면 실제 디스크의 위치 정보(221)를 알 수 있다. 실제 디스크의 위치 정보(221)를 섹터정보 변환 인터페이스(120)를 통해 실제 디스크(300)에 전달한다.
3. 디스크 요청 트레이스 수집
총 6개의 가상 머신이 각각 특성이 다른 벤치마크(iozone, postmark, sysbench-OLTP)를 수행하고 디스크 요청 트레이스를 수집하였다. 트레이스는 (timestamp, sector number, length) 형태의 디스크 읽기/쓰기 요청과 섹터정보 추출부에 의해 만들어진 섹터 수정 요청을 포함한다.
4. 시뮬레이션
섹터정보 변환 인터페이스(120)를 지원하는 플래시 메모리 기반 디스크 시뮬레이터를 이용하여 시뮬레이션을 수행하였다. 일반적인 페이지 맵핑 구조의 플래시 변환 계층(131)을 사용하였다. 상술한 바와 같이, 무효 페이지의 개수에서 수정 요청이 발생한 페이지의 개수의 차이가 가장 큰 값을 갖는 블록을 빅팀 블록을 선정하는 가비지 컬렉션 알고리즘을 사용하였다. 플래시 메모리 기반 디스크 시뮬레이터는 128 GB 크기, 4-channel, 4-way 설정의 플래시 메모리 기반 디스크를 시뮬레이션 한다.
시뮬레이션 결과는 각 트레이스를 재연할 때 수행되는 플래시 메모리 연산의 개수이며, read/write/read-modify-write 및 가비지 컬렉션을 수행할 때 발생하는 valid copy/ erase 연산을 포함한다. 이들 중에서 가비지 컬렉션을 수행할 대 발생하는 valid copy/ erase 연산들이 플래시 변환 계층의 오버헤드로 분류되며 일반적으로 오버헤드가 적을수록 플래시 메모리 기반 디스크(132)의 성능이 높아진다.
도 6은 6개의 가상 머신 중 3개는 sysbench, 나머지 3개는 iozone을 수행한 경우 시뮬레이션 결과를 나타내는 표이다.
도 7은 6개의 가상 미신 중 3개는 postmark, 나머지 3개는 iozone을 수행한 경우 시뮬레이션 결과를 나타내는 표이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 섹터정보 변환 인터페이스(120)가 적용된 결과 플래시 변환 계층(131)에서 가비지 컬렉션을 수행할 때 발생하는 플래시 메모리 연산이 줄어들었음을 알 수 있다. 도 6을 참조하면, valid copy 및 erase 연산은 각각 59.59% 및 73.88% 감소하였음을 알 수 있다. 도 7을 참조하면 valid copy 및 erase 연산은 각각 70.53% 및 79.21% 감소하였음을 알 수 있다.
상술한 시뮬레이션 결과를 참조할 때, 개시된 발명의 일 실시예에 따른 플래시 메모리 시스템(100)은 플래시 변환 계층(131)의 valid copy 및 erase 연산을 감소시켜 플래시 메모리(132)의 관리 성능을 향상시킬 수 있다.

Claims (14)

  1. 플래시 메모리의 데이터가 버퍼캐시에 캐싱된 후 운영체제 또는 응용프로그램이 상기 버퍼캐시에 캐싱된 상기 데이터를 수정하는 명령을 전달한 경우 상기 명령에서 상기 데이터가 플래시 메모리에 저장될 위치정보인 섹터정보를 추출하는 섹터정보 추출부;
    상기 섹터정보 추출부로부터 추출된 상기 섹터정보를 플래시 변환 계층이 인식할 수 있도록 변환하는 섹터정보 변환 인터페이스; 및
    상기 섹터정보 변환 인터페이스로부터 변환된 상기 섹터정보를 기초로 상기 플래시 메모리에 대한 주소 사상 또는 가비지 컬렉션 중 하나 이상을 수행하는 플래시 변환 계층;
    을 포함하는 플래시 메모리 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 플래시 변환 계층은 상기 섹터정보 변환 인터페이스로부터 변환된 상기 섹터정보를 기초로 상기 플래시 메모리에서 불필요한 쓰기 또는 삭제 과정을 제거하여 상기 플래시 메모리를 관리하는 플래시 메모리 시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 섹터정보 추출부는 상기 운영체제 또는 상기 응용프로그램에서 상기 버퍼캐시로 전달하는 명령으로부터 상기 섹터정보를 추출하는 플래시 메모리 시스템.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 플래시 변환 계층이 상기 변환된 섹터정보를 기초로 상기 플래시 메모리에서 가비지 컬렉션을 수행하는 플래시 메모리 시스템.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 플래시 변환 계층은 상기 변환된 섹터정보를 상기 플래시 메모리의 페이지 정보로 변환하고, 블록 당 수정 요청이 발생한 페이지 개수를 기초로 가비지 컬렉션을 수행하는 플래시 메모리 시스템.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 플래시 변환 계층이 블록 당 상기 수정 요청이 발생한 페이지의 개수 정보를 저장하고, 상기 플래시 메모리의 블록들의 무효 페이지 개수 및 상기 수정 요청이 발생한 페이지 개수를 기초로 빅팀 블록을 선정하여 가비지 컬렉션을 수행하는 플래시 메모리 시스템.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 플래시 변환 계층은 상기 플래시 메모리의 블록들의 상기 무효 페이지 개수에서 상기 수정 요청이 발생한 페이지 개수를 뺀 값이 가장 큰 값을 갖는 블록을 빅팀 블록으로 선정하여 가비지 컬렉션을 수행하는 플래시 메모리 시스템.
  8. 플래시 메모리 시스템이 동작하는 방법에 있어서,
    플래시 메모리의 데이터가 버퍼캐시에 캐싱된 후 운영체제 또는 응용프로그램이 상기 버퍼캐시에 캐싱된 상기 데이터를 수정하는 명령을 전달한 경우 상기 명령에서 상기 데이터가 플래시 메모리에 저장될 위치정보인 섹터정보를 추출하는 단계;
    상기 추출된 섹터정보를 플래시 변환 계층이 인식할 수 있도록 변환하는 단계; 및
    상기 변환된 섹터정보를 기초로 상기 플래시 메모리에 대한 주소 사상 또는 가비지 컬렉션 중 하나 이상을 수행하는 단계;
    를 포함하는 플래시 메모리 시스템의 동작 방법.
  9. 삭제
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 섹터정보는 상기 운영체제 또는 상기 응용프로그램에서 상기 버퍼캐시로 전달되는 명령으로부터 추출되는 플래시 메모리 시스템의 동작 방법.
  11. 제 8항에 있어서,
    상기 플래시 변환 계층이 상기 변환된 섹터정보를 기초로 상기 플래시 메모리에서 가비지 컬렉션 수행하는 플래시 메모리 시스템의 동작 방법.
  12. 제 8항에 있어서,
    상기 플래시 변환 계층이 상기 섹터정보를 상기 플래시 메모리의 페이지 정보로 변환하고, 블록 당 수정 요청이 발생한 페이지 개수를 기초로 가비지 컬렉션을 수행하는 플래시 메모리 시스템의 동작 방법.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 플래시 변환 계층이 블록 당 상기 수정 요청이 발생한 페이지의 개수 정보를 저장하고, 상기 플래시 메모리의 블록들의 무효 페이지 개수 및 상기 수정 요청이 발생한 페이지 개수를 기초로 빅팀 블록을 선정하여 가비지 컬렉션 수행하는 플래시 메모리 시스템의 동작 방법.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 플래시 변환 계층은 상기 플래시 메모리의 블록들의 상기 무효 페이지 개수에서 상기 수정 요청이 발생한 페이지 개수를 뺀 값이 가장 큰 값을 갖는 블록을 빅팀 블록으로 선정하여 가비지 컬렉션을 수행하는 플래시 메모리 시스템의 동작 방법.
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