낸드 플래시 메모리 기반 내장형 시스템을 위한 디맨드 페이징 성능 향상 연구

Abstract

본 논문은 낸드 플래시 메모리 기반의 디맨드 페이징 시스템에서 페이지 폴트의 처리 성능을 향상시키기 위한 기법에 대해 논의하였다. 특히 원낸드 플래시 메모리를 사용하는 내장형 시스템에서 입출력 아키텍처 개선을 통해 디맨드 페이징 성능을 개선할 수 있는 기법과 압축파일시스템 환경에서 압축해제 오버헤드를 줄임으로써 디맨드 페이징 성능을 향상시킬 수 있는 기법들을 제안한다. 원낸드 플래시 메모리는 기존 낸드 플래시 메모리의 성능을 보완한 퓨전 메모리로 특히 큰 읽기 요청을 빠르게 처리할 수 있다. 하지만 현재 운영체제의 입출력 아키텍처에서는 페이지 폴트로 인해 발생하는 큰 읽기 요청이 입출력 세그먼트 단위로 단편화 되기 때문에 원낸드 플래시 메모리의 성능을 제대로 활용할 수가 없다. 본 논문에서는 이를 해결하기 위해 다음 두 가지 기법을 제안한다. 첫 번째, 가상 입출력 세그먼트 기법은 여러 개의 입출력 세그먼트를 가상 주소 매핑을 통해 하나의 큰 가상 입출력 세그먼트로 처리함으로써 기존 페이지 폴트 처리 시간을 약 48%가량 줄일 수 있었다. 두 번째, 벡터 읽기 기법은 가상 입출력 세그먼트 기법의 단점인 임의 읽기 성능을 향상시키는 기법으로 인터페이스의 변경 및 개선을 통해 디바이스상에서 비연속적인 읽기 요청들을 한번에 원낸드 플래시 메모리에 전달하는 기법이다. 성능평가 결과에 따르면 벡터 읽기 기법을 사용할 경우 페이지 폴트 처리 시간을 56.5%까지 감소시킬 수 있었다. 압축파일시스템의 읽기 성능 개선을 위해서는 다음 두 가지 기법이 제안되었다. 첫 번째는 미리읽기를 고려한 압축파일시스템이다. 미리읽기 기법은 일반적으로 디맨드 페이징 시스템의 성능을 향상시키지만 압축 파일시스템의 경우에는 오히려 불필요한 압축해제 오버헤드를 발생시켜 페이지 폴트 처리 시간을 크게 증가시킨다. 이를 해결하기 위해 본 논문에서는 선택적 압축해제를 통해 불필요한 압축해제 오버헤드를 제거하는 기법을 제안한다. 성능평가에 따르면 제안된 기법은 압축파일시스템의 페이지 폴트 처리 시간을 28%까지 줄일 수 있었다. 두 번째는 가상주소 매핑을 이용해 SquahFS의 읽기성능을 최적화시키는 기법이다. SquashFS는 압축률이 높고 안정성이 뛰어난 압축파일시스템이지만 압축해제 과정이 비효율적이다. 본 논문에서는 가상 주소 매핑을 이용해 반복적인 압축해제함수 호출과 불필요한 복사 오버헤드를 제거해 SquashFS의 압축해제 과정을 최적화 시켰다. 성능평가에 따르면 제안된 최적화 기법은 SquashFS의 읽기 성능을 20%까지 향상시킬 수 있었다.