SSD 내부 쓰기 버퍼의 선택적 내구성 보장을 통한 전원 손실 보호 기법 연구 = A Study on Power-Loss-Protection Technique Through Selective Durability Guarantee of SSD Internal Write Buffer

국문 초록 (Abstract)

오늘날 대부분의 SSD는 호스트의 쓰기 요청을 흡수하고 낸드 플래시 메모리의 쓰기 횟수를 줄이기 위해 DRAM 기반의 내부 쓰기 버퍼를 사용한다. 하지만 휘발성의 쓰기 버퍼는 갑작스러운 전원 손실 상황이 발생할 경우 데이터의 영속성을 보장하지 못한다. 따라서 고신뢰성을 요구하는 데이터센터용 SSD에서는 전원 손실 시 캐패시터의 전력을 이용해 쓰기 버퍼의 데이터를 낸드 플래시 메모리에 기록하는 전원 손실 보호(Power Loss Protection) 기법을 사용한다. 하지만 대용량 SSD가 등장함에 따라 내부 쓰기 버퍼 크기도 함께 증가한 반면 캐패시터 용량은 내부 공간의 한계와 비용으로 인해 무한정 증가하기가 어려운 문제가 있다. 따라서 본 논문에서는 쓰기 버퍼의 데이터에 대해 선택적으로 전원 손실 보호 기법을 적용함으로써 필요 캐패시터 용량을 낮추면서도 데이터의 무결성은 유지하는 기법을 제안한다. 해당 기법에서 호스트는 쓰기 요청 시 전원 손실 보호 적용 여부를 SSD로 전달하고 SSD는 전원 손실 시 영속성 보장이 요청된 데이터에 대해서만 낸드 플래시 메모리에 기록을 수행한다. 제안된 기법은 ZNS(Zoned Namespace) 인터페이스와 RocksDB용 ZenFS를 이용해 구현했으며 데이터 복구에 반드시 필요한 WAL(Write-ahead Log) 파일에 대해서만 선택적으로 내구성을 보장함으로써 필요 캐패시터의 양을 약 50% 이상 감소시켰다.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서론 1
• Ⅱ. 배경지식 4
• 1. SSD (Solid-State Drive) 4
• 2. ZNS (Zoned Namespace) SSD 5
• 3. 전원 손실 보호 기법(PLP: Power Loss Protection) 7
• 4. RocksDB 8
• 5. ZenFS 9
• Ⅲ. 관련연구 12
• 1. DuraSSD 12
• 2. Viyojit 13
• Ⅳ. 선택적 내구성 보장 기법 15
• 1. 연구 동기 15
• 2. 선택적 내구성 보장 인터페이스 16
• 3. FEMU ZNS SSD 내 버퍼 구현 17
• 4. ZenFS 수정 및 최적화 22
• 5. 빠른 쓰기 및 복구 24
• Ⅴ. 실험 환경 및 결과 27
• 1. 실험 환경 27
• 2. 실험 결과 29
• 가. 버퍼 크기에 따른 성능 변화 29
• 나. 빠른 쓰기 및 복구 31
• Ⅵ. 결론 33