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응답 시간의 안정성 보장을 위한 공정대기열 스케줄링 기반의 플래시 메모리 제어 기법 : Fair Queueing Flash Memory Control Scheme Providing Stable Response Times of Host Requests
| DC Field | Value | Language |
|---|---|---|
| dc.contributor.advisor | 민상렬 | - |
| dc.contributor.author | 나안수 | - |
| dc.date.accessioned | 2017-07-14T03:02:09Z | - |
| dc.date.available | 2017-07-14T03:02:09Z | - |
| dc.date.issued | 2015-08 | - |
| dc.identifier.other | 000000067238 | - |
| dc.identifier.uri | https://hdl.handle.net/10371/123195 | - |
| dc.description | 학위논문 (석사)-- 서울대학교 대학원 : 전기·컴퓨터공학부, 2015. 8. 민상렬. | - |
| dc.description.abstract | 플래시 메모리 저장장치는 호스트의 요청으로 인해 유발되는 플래시 메모리 연산과 내부관리로 인해 발생하는 플래시 메모리 연산이 경쟁함으로 인해 호스트 요청의 응답성 및 처리율에 성능저하가 발생할 수 있다. 이러한 성능저하는 여러 SSD를 하나의 클러스터로 통합하여 활용하는 클라우드 서비스나 데이터 센터와 같은 환경에서는 치명적인 성능저하로 이어질 수 있으며, 이러한 문제를 해결하기 위한 체계적인 해결책이 필요하다.
이를 위하여 네트워크 패킷 전송 시스템에서 응답시간과 대역폭을 보장하는 목적으로 사용된 공정대기열 알고리즘을 플래시 메모리 시스템에 적용한 방식을 제안하였다. 공정대기열 알고리즘의 구현을 위해서는 이상적인 공정성 보장 모델이 필수적이다. 따라서 목표서버가 지정된 다중서버를 대상으로 하는 이상적인 공정성 보장 모델을 공정성 보장 단위와 서비스 가치 상대성의 2가지 차원으로 접근하여 통합적으로 공정성 보장 정책을 선택할 수 있게 하는 공정성 정책 분류 공간을 제안하였다. 이와 같은 이상적인 모델을 기반으로 플래시 메모리 시스템에서 경쟁하는 스트림 사이의 공정한 서비스를 제공하는 소프트웨어 계층인 공정성 보장 관리 모듈을 개발하였다. 해당 모듈은 플래시 메모리 시스템을 병렬적으로 활용하는 무순서 플래시 메모리 제어기와 연동하여 동작한다. 제안한 방식을 고해상 실시간 시뮬레이터 환경을 기반으로 구현한 결과 서비스 시간의 관점에서 스트림 사이에 공정성을 보장함을 확인할 수 있었다. 또한 새로운 스트림이 경쟁에 참여하였을 때에 해당 스트림의 응답시간을 확인하는 실험을 통해 호스트 요청의 응답시간 및 처리율의 안정성 향상을 확인할 수 있었다. | - |
| dc.description.tableofcontents | 목차
초록 i 목차 iii 그림 목차 vi 수식 목차 viii 표 목차 ix 제 1 장 서론 1 1.1 연구 동기 ............................................................... 1 1.2 연구 내용 ............................................................... 4 1.3 논문의 구성 ............................................................ 5 제 2 장 배경 지식 7 2.1 플래시 메모리 ......................................................... 7 2.1.1 NAND 플래시 메모리 ........................................... 7 2.1.2 NAND 플래시 메모리 시스템 구조 ......................... 11 2.1.3 NAND 플래시 메모리 연산 ................................... 12 2.1.4 쓰레기 수집 기법 ................................................. 14 2.2 플래시 메모리 제어기 .............................................. 15 2.2.1 무순서 플래시 메모리 제어기................................... 18 2.2.2 무순서 플래시 메모리기의 고해상 실시간 시뮬레이션.. 19 2.3 공정대기열 알고리즘 ............................................... 21 2.3.1 가중치 공정대기열 알고리즘 .................................. 21 2.3.2 다중 서버를 대상으로 하는 공정대기열 알고리즘 ....... 25 2.3.3 CPU 스케줄러에서의 공정스케줄링 알고리즘 ........... 29 2.3.4 플래시 메모리 관련 공정대기열 알고리즘 ................ 30 제 3 장 목표서버가 지정된 다중서버 환경에서의 이상적인 공정성 모델 32 3.1 목표서버가 지정된 다중서버 환경 ............................ 32 3.1.1 목표서버가 지정된 다중서버 환경의 특징 ................ 34 3.2 목표서버가 지정된 다중서버 환경에서의 이상적인 공정성 모델 ............................................ 37 3.2.1 공정성 모델의 요구사항 ....................................... 37 3.2.2 공정성 모델 및 공정성 모델 분류 공간 .................. 38 제 4 장 목표서버가 지정된 다중서버 환경에서의 공정성 보장 기법 45 4.1 목표서버가 지정된 다중서버 환경에서의 공정성 보장 기법 ................................................... 45 4.1.1 크레디트와 서버요금을 통한 공정성 보장 관리 기법... 45 4.1.2 공정성 보장 정책에 따른 크레디트와 서버요금의 관리 47 4.1.3 공정성 보장 정책에 따른 크레디트와 서버요금 관리의 구현 ........................... 51 제 5 장 공정대기열 스케줄링 기반 플래시 메모리 제어 기법 55 5.1 공정대기열 스케줄링 기반 플래시 메모리 제어 기법 ..... 55 5.1.1 플래시 메모리 시스템의 특징 ................................ 55 5.1.2 공정대기열 스케줄링 기반 플래시 메모리 제어 기법의 요구사항 ............................................ 57 5.1.3 공정대기열 스케줄링 기반 플래시 메모리 제어 계층 .. 58 5.2 공정대기열 플래시 제어 계층의 구현 ......................... 59 5.2.1 공정대기열 플래시 제어 계층의 구조 ..................... 59 5.2.2 공정대기열 플래시 제어 계층의 공정성 관리 기법의 구현 ..................................... 61 제 6 장 실험 및 결과 63 6.1 실험 환경 ............................................................... 63 6.2 공정성 보장 여부 확인 실험 ...................................... 64 6.2.1 균등한 경쟁에서의 공정성 보장 확인 ....................... 64 6.2.2 서로 다른 경쟁에서의 공정성 보장 확인 ................... 67 6.2.3 서로 다른 가중치를 갖는 경우 공정성 보장 확인 ...... 71 6.2.4 공유자원을 포함한 경우 공정성 보장 확인 .............. 74 6.3 응답성 보장 여부 확인 실험 ...................................... 76 6.3.1 새로운 스트림의 경쟁 참여시 응답성 보장 여부 확인 76 제 7 장 결론 78 참고문헌 82 Abstract 86 그림 목차 그림 1 플래시 메모리 시스템의 구조 ............................................... 11 그림 2 SLC, MLC에서의 읽기, 쓰기 연산의 지연시간 분포 예시 .............................................................. 13 그림 3 플래시 읽기, 쓰기, 지우기 연산의 시간 특성 예시 ................. 13 그림 4 플래시 메모리 제어기 연결 구조 및 연산 단계 ...................... 16 그림 5 순차 실행 모델의 수행 예시 ................................................ 17 그림 6 중첩 실행 모델의 수행 예시 ................................................ 17 그림 7 무순서 중첩 실행 모델의 수행 예시 ..................................... 17 그림 8 고해상 실시간 시뮬레이터와 하드웨어의 응답시간 비교 결과 .............................................................. 19 그림 9 N×N 링크 연결에서의 공정대기열 스케줄링 기법 .................. 26 그림 10 일반적인 다중서버 환경에서의 스트림과 서버 관계 ................ 32 그림 11 목표서버가 지정된 다중서버 환경의 스트림과 서버 관계 예시 ...................................................... 33 그림 12 전체 시스템에 백로그를 가진 스트림에 대한 공정성 보장 근거 ................................................................. 35 그림 13 단일 서버에서 백로그를 가진 스트림에 대한 공정성 보장 근거 ................................................................. 36 그림 14 공정성 모델의 분류 공간 ..................................................... 39 그림 15 GPS-DP 및 각 분류 방식 별 서비스양 흐름 예시 .....,,,,,,,,,,,,, 42 그림 16 매개변수를 통한 공정성 모델 분류공간의 관리 ...................... 43 그림 17 공정성 보장 정책에 따른 크레디트의 생성과 소비 흐름 예시 ......................................................... 50 그림 18 공정대기열 플래시 제어 계층의 구조 .................................... 60 그림 19 균등한 경쟁에서의 공정성 보장 실험 결과 ............................ 66 그림 20 서로 다른 경쟁에서의 공정성 보장 실험 결과 (1) .................. 68 그림 21 서로 다른 경쟁에서의 공정성 보장 실험 결과 (2) .................. 70 그림 22 서로 다른 경쟁에서의 공정성 보장 실험 결과 (3) .................. 71 그림 23 서로 다른 가중치를 갖는 경우 공정성 보장 실험 결과 (1) ...... 72 그림 24 서로 다른 가중치를 갖는 경우 공정성 보장 실험 결과 (2) ...... 73 그림 25 공유자원을 포함한 경우 공정성 보장 실험 결과 ..................... 75 그림 26 요청 발생 시간에 따른 응답시간의 분포 ................................ 76 그림 27 시간에 따른 스트림별 시스템 서비스 시간의 분배 .................. 77 수식 목차 수식 1 WFQ의 가상시간 관리 ......................................................... 23 수식 2 WFQ의 시작시점 및 종료시점 관리 ....................................... 24 수식 3 DRFQ에서의 가상시간, 가상시작시점, 가상종료시점 관리 ........ 28 수식 4 매개변수를 통한 서비스 보장율 및 서버 가치의 산출 ............. 44 수식 5 시스템 단위의 공정성 보장 및 고정적 요금 부여시 서버가격 및 크레디트 증가량의 결정 ...................................... 52 수식 6 시스템 단위의 공정성 보장 및 가변적 요금 부여시 서버가격 및 크레디트 증가량의 결정 ....................................... 52 수식 7 서버 단위의 공정성 보장 및 고정적 요금 부여시 서버가격 및 크레디트 증가량의 결정 ........................................ 53 수식 8 서버 단위의 공정성 보장 및 가변적 요금 부여시 서버가격 및 크레디트 증가량의 결정 ........................................ 53 표 목차 표 1 WFQ의 가상시간 관리 시 사용된 표기법 .................................... 22 표 2 DRFQ에서 가상시간 관리 시 사용된 표기법 ............................... 27 표 3 공정성 보장 정책에 따른 크레디트와 서버 요금의 관리 ............... 49 표 4 크레디트 및 서버요금 관리 시 사용된 표기법 ............................. 51 표 5 고해상 실시간 시뮬레이터의 환경설정 변수 ................................ 63 표 6 스트림 별 버스 및 칩에 대한 서비스 시간 표 ............................. 64 표 7 서로 다른 경쟁 실험 3의 스트림 별 백로그된 서버 설정 .............. 70 표 8 서로 다른 가중치 실험 2의 스트림 별 백로그된 서버 설정 ........... 74 | - |
| dc.format | application/pdf | - |
| dc.format.extent | 2257461 bytes | - |
| dc.format.medium | application/pdf | - |
| dc.language.iso | ko | - |
| dc.publisher | 서울대학교 대학원 | - |
| dc.subject | 플래시 메모리 기반 저장장치 | - |
| dc.subject | 공정대기열 알고리즘 | - |
| dc.subject | QoS(Quality of Service) | - |
| dc.subject | FTL(Flash Translation Layer) | - |
| dc.subject | 플래시 메모리 제어기 | - |
| dc.subject.ddc | 621 | - |
| dc.title | 응답 시간의 안정성 보장을 위한 공정대기열 스케줄링 기반의 플래시 메모리 제어 기법 | - |
| dc.title.alternative | Fair Queueing Flash Memory Control Scheme Providing Stable Response Times of Host Requests | - |
| dc.type | Thesis | - |
| dc.contributor.AlternativeAuthor | Ansu Na | - |
| dc.description.degree | Master | - |
| dc.citation.pages | ix, 87 | - |
| dc.contributor.affiliation | 공과대학 전기·컴퓨터공학부 | - |
| dc.date.awarded | 2015-08 | - |
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