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.

데이터 출현 빈도를 이용하여 코드 밀도를 조절하는 데이터 스크램블링 기법

현철승 ( Choulseung Hyun ),정관일 ( Gwanil Jeong ),유수원 ( Soowon You ),이동희 ( Donghee Lee ) 한국정보처리학회 2021 정보처리학회논문지. 컴퓨터 및 통신시스템 Vol.10 No.9

기존 데이터 스크램블링 기법은 랜덤한 코드를 생성한다. 이와 다르게 우리는 생성하는 코드의 밀도를 다르게 만드는 가변 밀도 스크램블링 기법을 제안한다. 먼저 코드 밀도를 다르게 만드는 조건과 방법에 대해 설명한다. 다음으로 가변 밀도 스크램블링 기법을 플래시 메모리에 적용하여 특정 셀 상태가 더 많이 발생하도록 한다. 특히 플래시 메모리의 에러율을 제한하기 위하여, 가변 밀도 스크램블링 기법은 코드의 밀도를 조절하여 모든 셀 상태 중 중간 상태를 가지는 셀 비율을 높일 수 있다. 윈도우즈와 리눅스 시스템의 데이터에 가변 밀도 스크램블링 기법을 적용하였으며, 실험 결과는 가변 밀도 스크램블링 기법이 중간과 가까운 상태를 가지는 셀의 비율을 증가시킴을 보여준다. Most data scrambling schemes generate pure random codes. Unlike these schemes, we propose a variable density scrambling scheme (VDSC) that differentiates densities of generated codes. First, we describe conditions and methods to translate plain codes to cipher codes with different densities. Then we apply the VDSC to flash memory such that preferred cell states occur more than others. To restrain error rate, specifically, the VDSC controls code densities so as to increase the ratio of center state among all possible cell states in flash memory. Scrambling experiments of data in Windows and Linux systems show that the VDSC increases the ratio of cells having near-center states in flash memory.

FAT 파일 시스템의 호환성을 유지하며 성능과 안정성을 향상시키는 메타데이터 저널링 기법의 설계

현철승(Choulseung Hyun),최종무(Jongmoo Choi),이동희(Donghee Lee),노삼혁(Sam H. Noh) 한국정보과학회 2009 정보과학회논문지 : 시스템 및 이론 Vol.36 No.3

FAT 호환 파일 시스템은 다양한 플랫폼에서 데이터가 호환 가능하기 때문에 메모리 카드나 임베디드 시스템에서 널리 사용된다. 최근 임베디드 시스템에서는 갑작스런 전원 정지 시 복구 기법뿐만 아니라 다양한 응용의 요구를 만족시키기 위해 더 나은 파일 시스템의 성능을 요구하고 있다. 이런 요구를 수용하기 위해서는 파일 시스템의 구조에 대해 변경이 필요해 진다. 파일 시스템의 구조에 대한 변경은 데이터의 호환성에 심각한 문제를 발생시키게 된다. 메타데이터 저널링(Metadata Journaling)은 데이터 호환성 문제를 최소화하면서 뛰어난 성능을 만족시킬 수 있는 기법이다. 이 기법을 FAT 호환 파일 시스템에 구현하여 벤치마크를 수행하였다. 벤치마크 결과는 작은 크기의 불규칙적인 메타데이터 쓰기를 저널 영역에 순차적으로 씀으로써 성능의 향상을 확인할 수 있었다. 뿐만 아니라 제안된 기법은 자연적으로 복구 기법을 제공함으로써 빠른 시간 내에 부팅이 가능하다. 그렇지만 일시적으로 FAT 호환 파일 시스템과 호환이 불가능한 지점이 존재한다. 이런 문제는 파일 시스템이 언마운트(un-mount)시점에 저널 영역에 쓰인 내용들을 원래의 위치로 복사함으로써 FAT 파일 시스템과 호환성을 유지시킬 수 있다. The FAT (File Allocation Table) compatible file system has been widely used in mobile devices and memory cards because of its data exchangeability among numerous platforms recognizing the FAT file system. By the way, modern embedded systems have tough demands for instant power failure recovery and superior performance for multimedia applications. The key issue is how to achieve the goals of superior write performance and instant booting capability while controlling compatibility issues. To achieve the goals while controlling compatibility issues, we devised a temporary meta-data journaling scheme for a FAT compatible file system. Benchmark results of the scheme implemented in a FAT compatible file system shows that it really improves write performance of the FAT file system by converting small random write for meta-data update to a large sequential write in journaling area. Also, it provides natural way to implement the instant booting capability. Nevertheless, the file system compatibility is temporarily compromised by the scheme because it stores updated meta-data in the temporary journaling area rather than to their original locations. However, the compatibility can be fully recovered at any time by journal-flushing that copies meta-data in journaling area to their original locations. Generally, the journal-flushing is done before un-mounting a memory card so that it can be used in other mobile devices which recognized FAT file system but not the temporary meta-data journaling scheme.

MRC의 정확성 향상을 위한 샘플링 에러 보정 기법

현철승(Choulseung Hyun),이동희(Donghee Lee) 한국정보과학회 2019 한국정보과학회 학술발표논문집 Vol.2019 No.12

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.

플래시 메모리 기반 파일 시스템에서 병합동작을 이용한 조각 모음 기법

현철승(Choulseung Hyun),이동희(Donghee Lee) 한국정보과학회 2007 한국정보과학회 학술발표논문집 Vol.34 No.1B

플래시 메모리는 무게, 내구성, 전력 소비량 측면에서 기존 디스크보다 우수하기 때문에 주로 휴대용 기기의 저장장치로 사용되었다. 최근에는 집적도가 향상되면서 SSD(Solid State Disk)형태로 노트북에서도 활용되고 있다. 이러한 플래시 메모리는 제자리 갱신이 불가능한 특징 때문에 저장장치로 사용하기 위해서는 FTL(Flash Memory Translation Layer)이라는 주소사상 소프트웨어가 필요하다. 그리고 FTL은 블록을 재활용하기 위해 병합 연산을 수행하게 되는데 이 병합 연산의 비용이 시스템 성능에 큰 영향을 미친다. 아울러 FTL 상에서 동작하는 파일 시스템의 경우도 디스크 기반 파일 시스템과 같이 단편화 문제로 인한 성능 저하가 발생하게 된다. 본 논문에서는 플래시 메모리 기반 파일 시스템에서 단편화 현상을 줄이기 위해 FTL의 병합동작의 특성을 활용한 조각 모음 기법을 제안한다. 실험결과는 제안한 기법이 결국 FTL에서 병합 연산의 비용을 줄임으로써 성능을 향상시킬 수 있음을 보여준다.

FAT 파일 시스템의 호환성을 유지하며 성능과 안정성을 향상시키는 저널링 기법의 설계

현철승(Choulseung Hyun),최종무(Jongmoo Choi),이동희(Donghee Lee),노삼혁(Sam H. Noh) 한국정보과학회 2008 한국정보과학회 학술발표논문집 Vol.35 No.1

플래시 메모리 셀의 손상을 줄이기 위한 프로그램 상태에 대한 고찰

정관일(Gwanil Jeong),현철승(Choulseung Hyun),이동희(Donghee Lee) 한국정보과학회 2020 한국정보과학회 학술발표논문집 Vol.2020 No.12

368. LSM-Tree 기반 Persistent Key-Value Store의 파일 시스템에 따른 성능 변화 관찰

정관일(Gwanil Jeong),현철승(Choulseung Hyun),이동희(Donghee Lee) 한국정보과학회 2020 한국정보과학회 학술발표논문집 Vol.2020 No.12

적응형 LRFU 블록 교체 정책의 설계

이종민(Jongmin Lee),현철승(Choulseung Hyun),이동희(Donghee Lee) 한국정보과학회 2007 한국정보과학회 학술발표논문집 Vol.34 No.1A

LRFU 블록 교체 정책은 LRU 정책과 LFU 정책 사이에 존재하는 교체 정책들의 스펙트럼이며, LRFU 기법의 제어 변수 λ는 스펙트럼 상에서 위치를 결정한다. 그리고 작업 부하(workload)마다 최적 λ 값이 존재하며, 해당 작업 부하를 실행할 때 이 값을 LRFU 기법에 적용하면 LRFU 스펙트럼 상에서 최적의 성능을 보이는 블록 교체 정책이 선택 된다. 하지만 LRFU 기법은 최적의 λ값 설정을 위한 정보를 제공하지 않기 때문에 작업 부하에 따른 최적의 λ값을 찾기 위한 별도의 연구가 필요하다. 본 논문에서는 LRFU 정책을 기반으로 작업 부하에 따라서 효과적으로 λ 값을 변화 시키는 적응형 LRFU 블록 교체 정책을 설명하고 있다. 적응형 LRFU 정책의 성능을 평가하기 위해서 트레이스 기반 모의 실험을 수행하였으며, 실험 결과를 통해 적응형 LRFU 정책의 성능이 정적으로 선택된 최적의 λ값을 적용한 LRFU 정책의 성능에 근접함을 알 수 있었다.