쓰기 집중 환경에서의 접근 빈도와 병합 효율을 반영한 SSD 저장 장치 기반 하이브리드 디스크 버퍼 정책

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Hybrid storage systems that integrate DRAM and non-volatile memory (NVM) have gained attention as an effective solution to enhance the endurance and performance of solid-state drives (SSD). However, traditional buffer replacement policies tend to focus solely on access frequency, without considering the sequential characteristics of write operations. This limitation leads to inefficient merge behavior in the Flash Translation Layer (FTL) and results in increased write amplification.
To address this issue, this work presents a hybrid buffer management architecture named CLOCK-LOG-DPP, which integrates two complementary policies. CLOCK-DPP is a frequency-aware policy that retains dirty pages in DRAM to reduce write pressure on NVM, while LOG-DPP is a merge-aware strategy that clusters logically adjacent pages and prioritizes those with high sequentiality scores for eviction to promote switch merges.
CLOCK-DPP reduces the total write count, block erasures, and energy consumption by up to 23.1%, 19.8%, and 25.7%, respectively, compared to baseline methods. LOG-DPP further enhances write efficiency, reducing write count by up to 38.6%, block erasures by 34.2%, and energy usage by 41.3%, while maintaining comparable cache hit ratios.
When deployed as a unified framework, CLOCK-LOG-DPP achieves up to 40.9% reduction in overall write amplification, while significantly improving SSD endurance and energy efficiency. These results demonstrate the effectiveness of combining frequency-aware and merge-aware strategies in hybrid SSD buffer management.

목차 (Table of Contents)

• 1. 서론 1
• 1.1 연구 배경 1
• 1.2 연구 목적 3
• 1.3 논문 구성 6
• 2. 배경지식 및 관련 연구 7
• 2.1 SSD 7
• 2.2 디스크 버퍼 11
• 2.3 플래시 변환 계층 15
• 2.4 CLOCK 알고리즘 23
• 2.5 블록 병합 기법 26
• 3. CLOCK-DPP: SSD의 접근 빈도와 쓰기 상태 기반의 하이브리드 디스크 버퍼 관리 정책 29
• 3.1 하이브리드 디스크 버퍼 31
• 3.2 접근 빈도와 쓰기 여부를 고려한 하이브리드 디스크 버퍼 정책 36
• 3.3 시나리오 기반의 페이지 처리 흐름 44
• 4. LOG-DPP: SSD에서 순차성과 병합 가능성을 고려한 하이브리드 디스크 버퍼 교체 정책 47
• 4.1 Write Buffer Cache 환경에서의 디스크 버퍼 49
• 4.2 순차성과 병합 가능성을 고려한 클러스터 기반 하이브리드 디스크 버퍼 정책 55
• 4.3 시나리오 기반의 클러스터 처리 흐름 61
• 5. 실험 및 성능 평가 65
• 5.1 실험 환경 65
• 5.2 실험 결과 67
• 5.2.1 디스크 버퍼 총 쓰기 횟수 67
• 5.2.2 에너지 소모량 71
• 5.2.3 디스크 버퍼 적중률 74
• 5.2.4 블록 소거 횟수 77
• 6. 결론 80
• 참고문헌 82
• Abstract 89