비휘발성 메모리를 위한 파일시스템 설계 및 구현

백승재(Seungjae Baek),최종무(Jongmoo choi),이동희(Donghee Lee),노삼혁(Sam H. Noh) 한국정보과학회 2005 한국정보과학회 학술발표논문집 Vol.32 No.1

최근 DRAM 특성인 바이트 단위의 빠른 접근과 디스크나 플래시 메모리 특성인 비휘발성을 동시에 제공하는 차세대 비휘발성 메모리가 등장하고 있다. 본 논문에서는 비휘발성 메모리를 위한 새로운 파일시스템을 제안한다. 이 파일시스템은 메모리 본래의 특성대로 기존의 메모리 공간 할당 함수 인터페이스로 접근이 가능하며, 일반 파일시스템 인터페이스로도 접근이 가능하다. 또한 이 파일시스템은 효율적인 공간관리 및 성능 향상을 위하여 가변 크기 블록 사이즈를 지원한다. 한편 루트 파일시스템 용도로 사용 시 부팅 시간의 단축이 가능하며, page table 매핑 수정을 통해 실행 가능 파일의 직접 수행을 제공한다.

블록 클리닝 비용 분석에 기초한 MODA할당 정책 설계 및 구현

백승재(Seungjae Baek),최종무(Jongmoo Choi) 한국정보과학회 2007 정보과학회논문지 : 시스템 및 이론 Vol.34 No.11·12

플래시 메모리는 덮어 쓰기 제약이나, 쓰기와 삭제 연산의 단위가 다르다는 등의 특징을 가지고 있다. 따라서 플래시 메모리를 저장장치로 사용하는 파일 시스템은 블록 클리닝을 필요로 하며 이는 파일 시스템의 주된 병목으로 작용한다. 이에 따라 본 논문에서는 플래시 메모리 기반 파일 시스템의 병목 요소인 블록 클리닝에 따른 성능향상에 대해 연구한다. 우선 블록 클리닝에 영향을 끼치는 성능 인자로서 이용률, 무효율, 순수도를 정의하였다. 이 세 가지 인자를 통해 블록 클리닝 비용을 분석한 결과, 파일 시스템 수준에서 제어 가능한 인자인 순수도가 블록 클리닝 비용에 많은 영향을 끼침을 확인할 수 있었다. 따라서 순수도를 높게 유지하여 블록 클리닝 비용을 최소화함으로서 파일시스템의 성능을 향상 시킬수 있는 MODA 할당 정책(modification-aware)을 설계하였고, 이를 내장형 보드와 YAFFS(Yet Another Flash File System)상에 구현하였다. 실험 결과 MODA는 YAFFS의 순차 할당 기법에 비해 블록 클리닝 시간을 평균 123% 단축 시켰다. Due to the restrictions of Flash memory such as overwrite limitation and write/erase operational unit differences, block cleaning is required in Flash memory based file systems and known as a key factor on the performance of file systems. In this paper, we identify three parameters, namely utilization, invalidity and uniformity, and analyze how the parameters affect the cost of block cleaning. The analysis show that as uniformity degrades, the cost of block cleaning increases drastically. To overcome this problem, we design a new modification-aware(MODA) page allocation scheme that strives to keep uniformity high by separating frequently-updating data from infrequently-updating data. Real implementation experiments conducted on an embedded system show that the MODA scheme can actually enhance uniformity of Flash memory, which consequently leads to reduce the cost of block cleaning with an average of 123%, compared to the traditional sequential allocation scheme that is used in YAFFS.

해수배터리의 해양적용 기술 개발

백승재(Seungjae Baek),구성민(Sungmin Koo) 한국태양에너지학회 2022 한국태양에너지학회 학술대회논문집 Vol.2022 No.10

SCRAM을 위한 운영체제 구현 연구

백승재(Seungjae Baek),최종무(Jongmoo Choi) 한국정보과학회 2009 정보과학회지 Vol.27 No.5

효율적인 P2P 기반 파일 검색 알고리즘 설계

백승재(SeungJae Baek),안진호(JinHo Ahn) 한국정보과학회 2005 한국정보과학회 학술발표논문집 Vol.32 No.2

최근에 파일 공유 애플리케이션을 개발하는데 있어 클라이언트-서버(client-server) 모델의 문제점을 해결하기 위해 피어-투-피어(peer-to-peer) 모델이 각광 받고 있다. 대표적인 P2P 기반 파일 공유 시스템으로 넵스터, 그누텔라등이 있다. 그러나 이 시스템들은 각각 중앙 집중적 제어, 혹은 브로드캐스팅에 의한 과도한 네트워크 트래픽 발생 등 확장성 문제를 발생시킨다. 이런 문제점을 해결하기 위해 울트라피어 및 동적 라우팅 기법을 사용하지만 여전히 rare 파일에 대한 높은 응답시간과 검색의 낮은 신뢰성 문제점들을 해결할 수 없다. 본 논문에서는 popular 파일과 rare 파일에 대한 검색을 구분하여 popular 파일을 기존의 그누텔라 검색 방법을 사용하고 rare 파일 검색을 제안하는 새로운 DHT 알고리즘을 사용하도록 한다. 특히 제안하는 DHT 알고리즘은 기존의 DHT 알고리즘들과 달리 일반 노드가 아닌 울트라피어들만으로 구성함으로서 검색 비용, 노드 조인과 리브 비용, 핑거 테이블의 엔트리 수를 매우 줄임으로서 효과적이고 확장적이라 할 수 있다.

파일 공유를 위한 확장적인 울트라 피어 기반 DHT 프로토콜

백승재(SeungJae Baek),안진호(JinHo Ahn) 한국정보기술학회 2007 한국정보기술학회논문지 Vol.5 No.1

In this paper, we present a novel file searching protocol to structure a DHT ring consisting of only ultra-peers, not all the nodes. The DHT ring in this protocol is much less sensitive to the churn rate because ultra-peers have much longer uptime compared with leaf nodes. Thus, this feature makes the protocol more scalable and efficient than the previous DHT ones in terms of the costs of file search, node join and leave operations and the number of routing table entries each node should maintain. Moreover, it is more effective for locating rare files than Gnutella-like searching protocols.

스토리지 클래스 램을 위한 통합 소프트웨어 구조

백승재(Seungjae Baek),최종무(Jongmoo Choi) 한국정보과학회 2009 정보과학회논문지 : 시스템 및 이론 Vol.36 No.3

Slowly, but surely, we are seeing the emergence of a variety of embedded systems that are employing Storage Class RAM(SCRAM) such as FeRAM, MRAM and PRAM. SCRAM not only has DRAM-characteristic, that is, random byte-unit access capability, but also Disk-characteristic, that is, non-volatility. In this paper, we propose a new software architecture that allows SCRAM to be used both for main memory and for secondary storage simultaneously. The proposed software architecture has two core modules, one is a SCRAM driver and the other is a SCRAM manager. The SCRAM driver takes care of SCRAM directly and exports low level interfaces required for upper layer software modules including traditional file systems, buddy systems and our SCRAM manager. The SCRAM manager treats file objects and memory objects as a single object and deals with them in a unified way so that they can be interchanged without copy overheads. Experiments conducted on real embedded board with FeRAM have shown that the SCRAM driver indeed supports both the traditional FAT file system and buddy system seamlessly. The results also have revealed that the SCRAM manager makes effective use of both characteristics of SCRAM and performs an order of magnitude better than the traditional file system and buddy system. 바이트 단위 임의 접근이라는 램 특성과, 비휘발성이라는 디스크의 특성을 동시에 제공하는 FeRAM, MRAM, PRAM등의 스토리지 클래스 램(Storage Class Random Access Memory, SCRAM)이 소형 임베디드 시스템을 중심으로 점차 그 활용범위를 넓혀가고 있다. 본 논문에서는 SCRAM을 주기억 장치 및 보조 기억 장치로서 동시에 사용할 수 있는 차세대 통합 소프트웨어 구조를 제안한다. 제안된 구조는 크게 스토리지 클래스 램 드라이버(SCRAM Driver)와 스토리지 클래스 램 관리자(SCRAM Manager)로 구성된다. SCRAM Driver는 SCRAM을 직접 관리하며, FAT이나 Ext2와 같은 전통적인 파일 시스템이나 버디 할당자와 같은 전통적인 메모리 관리자, 혹은 SCRAM Manager 등의 상위 소프트웨어 계층에 저수준 인터페이스를 제공한다. SCRAM Manager는 파일 객체와 메모리 객체를 통합하여 관리함으로써 이들 간에 부가적인 비용이 없는 변환을 가능케 한다. 제안된 기법은 FeRAM이 장착된 실제 시스템에서 실험되었으며, 실험 결과를 통해 SCRAM Driver가 효율적으로 전통적인 파일시스템과 메모리 관리자가 요구하는 기능을 제공할 수 있음을 보였다. 또한 기존의 파일 시스템과 메모리 관리자를 통해 각각 SCRAM을 접근하는 경우보다 SCRAM Manager가 수십 배 빠른 성능을 보임을 확인할 수 있었다.

하이브리드 배터리 시스템 기반 어류 바이오로거

구성민(Sungmin Koo),백승재(Seungjae Baek),강현(Hyoun Kang),박아현(Ah Hyun Park) 한국산학기술학회 2021 한국산학기술학회논문지 Vol.22 No.11

바이오로깅은 소형 데이터 획득 장치를 부착하여 대상체의 행동 특성 및 주변 환경 데이터를 수집하는 기술로써, 방대한 시간·공간의 데이터 확보를 가능하게 한다. 바이오로거를 원격 탐사 도구로 사용하여 장시간 데이터를 획득하기 위해서는 바이오로거의 경량화, 저전력화가 필수적이다. 본 논문에서는 하이브리드 배터리 기반 PSAT(Pop-up Satellite Archival Tag) 타입의 어류 바이오로거를 제안한다. 제안된 바이오로거는 동작 모드에 따라 해수배터리와 리튬이온 배터리를 선택적으로 사용한다. 효율적인 전력원 변경을 위해 바이오로거의 전력 사용패턴을 분석하였고, 전력 소모 임계치에 따라 끊김 없이 전력원을 변경할 수 있는 전원 변경 회로를 제안하였다. 제안된 회로는 실제 해수배터리와 리튬이온 배터리를 활용하여 구현하였고, 테스트 코드를 통해 정상 동작함을 검증하였다. 또한, 전력 소모량 측정을 통해 제안된 하이브리드 배터리 기반 바이오로거가 기존 바이오로거 대비 약 84.2% 적은 리튬이온 배터리 용량만으로 동일 기간 작동 가능함을 검증하였고, 수밀 공간 감소를 통해 경량화가 가능함을 보였다. A biologging that enables the acquisition of large-scale behavioral and environmental data is a technology that attaches a logger to the target species to collect the required data. However, to acquire long-term data, it is essential to reduce the weight and power consumption of the logger. This paper proposed a hybrid battery system-based PSAT (Pop-up Satellite Archival Tag) fish biologger. The proposed system selectively uses either a sea-water or a lithium-ion battery depending on the logger"s operation mode. We first analyzed the power usage pattern of a biologger to change the power source efficiently. We then proposed a circuit in which the power source is instantly changed without any power cut and according to the power consumption threshold. The proposed circuit for a biologger was implemented with a sea-water battery and a lithium-ion battery and was verified using a simple test code. We then measured the system"s power consumption and confirmed that the proposed system could provide the same lifetime with only about 84.2% lesser lithium-ion battery capacity. We also have shown that the minimization of the size of the watertight space can reduce the weight of the entire system.

비휘발성 메모리의 공간적 효율성을 고려한 파일 시스템의 설계 및 구현

현철승(Choulseung Hyun),백승재(Seungjae Baek),최종무(Jongmoo Choi),이동희(Donghee Lee),노삼혁(Sam H. Noh) 한국정보과학회 2006 정보과학회논문지 : 시스템 및 이론 Vol.33 No.9

최근 차세대 메모리 기술이 급격히 발전하여 FeRAM과 PRAM과 같은 비휘발성 메모리의 상품화가 진행 중이다. 이러한 차세대 비휘발성 메모리(NVRAM)는 메모리와 저장 장치의 속성을 모두 만족시켜 데이타를 영속적으로 저장할 뿐 아니라 빠른 데이타 임의 접근을 가능하게 한다. NVRAM에 자주 변경되는 객체를 영속적으로 저장하기 위해서는 네이밍, 회복, 그리고 공간 관리와 같은 파일 시스템의 핵심 기능이 모두 필요하다. 그렇지만 기존 파일 시스템과 최근에 개발된 NVRAM 용 파일 시스템 모두 공간 효율이 낮으며, 어떤 경우 50% 정도에 불과하다. 따라서 상대적으로 고가인 NVRAM을 활용하기 위하여 공간 효율성이 뛰어난 익스텐트(extent) 기반의 NEBFS (NVRAM Extent-Based File System) 파일 시스템을 설계하였다. 그리고 기존 파일 시스템과 NEBFS의 공간 효율성을 비교 분석하였으며, 아울러 NEBFS를 구현하고 NVRAM이 탑재된 보드 및 NVRAM 에뮬레이션 환경에서 공간 효율성을 측정하여 분석 결과를 검증하였다. 이러한 실험 결과는 NEBFS의 공간 효율이 기존 파일 시스템보다 우수함을 보여 준다. Nonvolatile memory technology is evolving continuously and commercial products such as FeRAM and PRAM are now challenging their markets. As NVRAM has properties of both memory and storage, it can store persistent data objects while allowing fast and random access. To utilize NVRAM for general purpose storing of frequently updated data across power disruptions, some essential features of the file system including naming, recovery, and space management are required while exploiting memory-like properties of NVRAM. Conventional file systems, including even recently developed NVRAM file systems, show very low space efficiency wasting more than 50% of the total space in some cases. To efficiently utilize the relatively expensive NVRAM, we design and implement a new extent-based space-thrifty file system, which we call NEBFS (NVRAM Extent-Based File System). We analyze and compare the space utilization of conventional file systemswith NEBFS and validate the results with experimental results observed from running the file system implementations on a system with actual NVRAM installed as well as on systems emulating NVRAM. We show that NEBFS has high space efficiency compared to conventional file systems.

비휘발성 메모리 파일 시스템 설계와 공간 효율성 분석

현철승(Choulseung Hyun),백승재(Seungjae Baek),최종무(Jongmoo Choi),이동희(Donghee Lee),노삼혁(Sam H. Noh) 한국정보과학회 2006 한국정보과학회 학술발표논문집 Vol.33 No.1

최근 차세대 메모리 기술이 급격히 발전하여 FeRAM과 PRAM같은 비휘발성 메모리의 상품화가 진행중이다. 이러한 차세대 비휘발성 메모리는 메모리와 저장장치의 속성을 모두 만족시켜 주지만, 용량/가격 면에서 비효율적이다. 따라서 다양한 크기의 객체를 효율적으로 표현하고 네이밍과 같은 영속성을 제공하면서 공간 효율성이 뛰어난 관리기법이 필요하다. 비휘발성 메모리에서 공간 효율성을 높이기 위하여 새로운 메모리 파일시스템을 설계하였으며, 본 논문에서는 파일 시스템을 설계하면서 파일 시스템의 공간 효율성을 측정하기 위한 공간 비용 분석 모델과 그 결과를 제시한다. 분석 모델은 다양한 파일 시스템의 공간 효율성을 수치로 제시하여 파일 시스템 설계 단계부터 공간 효율성을 예측하고 설계를 구체화 하는데 매우 큰 도움이 되었다. 또한 분석 모델은 파일 시스템의 공간 효율을 최대화 하는 블록 크기를 결정하는데 근거를 제시하였으며, 아울러 공간 효율을 최대화 하는 블록 크기는 파일 시스템에 존재하는 파일의 평균 크기에 의존적임을 보여주었다.