낸드 플래시 메모리를 위한 자기-서술 파일 시스템 = A Self-Description File System for NAND Flash Memory

국문 초록 (Abstract)

낸드 플래시 메모리는 하드디스크드라이브와 물리적 특성이 다르기 때문에, 기존 하드디스크드라이브의 파일 시스템을 낸드 플래시 메모리에 적용할 수 없다. 이 문제를 해결하기 위해 낸드 플래시 메모리 전용 파일 시스템으로 리눅스 커널에서 제공하는 JFFS, JFFS2와 Alpha에서 개발한 YAFFS, YAFFS2가 상용으로 널리 사용되고 있다. 최근에는 더 좋은 성능 및 안정성을 가진 다양한 파일 시스템이 개발되었다. 그러나 이 파일 시스템들은 파일의 메타 정보를 파일 데이터와 분리하여 저장하는 구조 때문에, 파일이 쓰여질 때마다 파일의 메타 정보가 저장된 페이지를 갱신하는 오버헤드가 존재한다. 또한, 파일 시스템이나 파일 자체의 메타 정보가 저장된 페이지가 손실되었을 때, 파일 시스템이 실패하게 되는 안정성의 문제가 있다.
본 논문에서는 이와 같은 기존 낸드 플래시 메모리 전용 파일 시스템에서의 효율성 문제와 안정성 문제를 해결하기 위한 자기 서술 페이지(Self-Description Page) 기법과 메모리 상의 코어 파일 시스템(In Memory Core File System) 기법을 제안한다. 자기 서술 페이지는 낸드 플래시 메모리 각각의 페이지에 데이터와 그 데이터를 설명할 수 있는 메타 정보를 함께 저장함으로써 하나의 페이지가 그 페이지를 완전히 서술할 수 있는 페이지로 어떤 페이지들이 실패하더라도 그 페이지의 정보만 소실할 뿐, 전체 파일 시스템은 실패하지 않는다. 메모리 상의 코어 파일 시스템은 마운트 시 메모리 상에 구성된 파일 시스템의 메타 정보와 파일의 메타 정보를 언마운트 시까지 메모리 상에만 존재하도록 하는 시스템 정책으로써, 파일 I/O 연산 시 파일 메타 정보를 갱신하는 오버헤드를 제거한다. 이 기법을 적용하여 개발한 SDFS (Self-Description File System)는 낸드 플래시 메모리 페이지들이 실패해도 파일 시스템을 복구할 수 있으며, YAFFS2보다 쓰기와 읽기 성능을 각각 36%, 15% 향상시켰고 마운트 속도를 최대 1/20까지 단축시켰다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Conventional file systems for harddisk drive can not be applied to NAND flash memory, because the physical characteristics of NAND flash memory differs from those of harddisk drive. To address this problem, JFFS and JFFS2 provided by Linux kernel and YAFFS and YAFFS2 developed by Alpha have been used widely as NAND-based flash memory based systems. Various file systems with better reliability and efficiency have also been developed recently. However, these file systems have inherent overheads for updating pages in file's meta-data, because these file systems have save file's meta-data and data separately. This cause very expensive update cost. Futhermore, these file systems have a critical reliability problem: file systems fail when either a page in meta-data of a file system or a file itself fails. In this thesis, we propose a self-description page scheme and In Memory Core File System scheme to address these efficiency and reliability problems. A self-description page is a page within NAND flash memory that can describe itself by saving file's data and meta-data together which can describe file's data to each page. This make it possible that even though some pages fail, the file system never fails except losing some data from failed pages. In Memory Core File System is a policy that file system's and file's meta-data structured in RAM at the mount time reside in RAM until unmount time, which eliminates overheads of updating meta-data at the operation time of file I/O. SDFS(Self-Description File System) can be recovered, although some pages fail, and improves write and read performance by 36% and 15%, respectively, and reduces mounting time by 1/20 compared with YAFFS2.

목차 (Table of Contents)

• 제1장 서론 = 1
• 제2장 관련 연구 = 4
• 2.1. 낸드 플래시 메모리 = 4
• 2.2. 기존 낸드 플래시 메모리 파일 시스템 = 7
• 제3장 안정하고 효율적인 파일 시스템 = 10
• 3.1. 파일 시스템 전체 구조 = 11
• 3.2. 자기 서술 페이지(Self-Description Page) = 15
• 3.2.1. 구조 = 15
• 3.2.2. 잉여 영역 자료 구조 = 18
• 3.3. 메모리 상의 코어 파일 시스템(In Memory Core File System) = 19
• 3.4. 연산 = 21
• 3.4.1. 저널링 마운트 = 21
• 3.4.2. 코어 파일 시스템 마운트 = 24
• 3.4.3. 캐시 = 26
• 3.4.4. 쓰기 = 28
• 3.4.5. 읽기 = 30
• 3.4.6. 가비지 컬렉션 = 31
• 3.4.7. 언마운트 = 34
• 제4장 성능 평가 = 35
• 4.1. 성능 측정 환경 = 35
• 4.2. 안정성 = 37
• 4.2.1. SDFS의 안정성 = 37
• 4.2.2. SDFS의 안정성 테스트 = 39
• 4.3. 효율성 = 40
• 4.3.1. 쓰기 = 40
• 4.3.2. 읽기 = 42
• 4.3.3. 일정한 쓰기 지연 시간을 보장하는 가비지 컬렉션 = 44
• 4.3.4. 코어 파일 시스템 마운트 = 46
• 제5장 결론 및 향후 연구 과제 = 48
• 참고 문헌 = 50
• 요약문 = 52
• Abstract = 53