PCM 기반 시스템을 위한 Pair-wise 파일시스템 설계 : Design of Pair-wise File System for PCM based System

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서울대학교 대학원
학위논문 (석사)-- 서울대학교 대학원 : 전기·컴퓨터공학부, 2012. 2. 고건.
PCM(Phase change Memory)은 임의의 위치에 바이트 단위 쓰기가 가능하며, 비휘발성의 특징을 갖는다. 최근 집적도 기술의 발전으로 PCM은 SCM(Storage Class Memory)로 주목을 받고 있으며 향후 하드디스크를 이어 스토리지 영역에 널리 사용할 것으로 예측하고 있다. 현재까지는 하드디스크 특성에 맞추어 개발된 ext3, ReiserFS, btrFS가 저널링 파일시스템으로 성능측면에서 인정받아 널리 사용되고 있다. 그러나 아직 파일시스템차원에서 PCM의 읽기에 비해 쓰기의 성능이 상대적으로 느리고, 쓰기 횟수가 제한적이라는 특성에 대한 고려가 미흡하다.
본 논문에서는 PCM을 스토리지로 사용하는 환경에서 PCM 성능을 향상시키는 기법으로 제안된바 있는 DCW기술의 장점을 살려 시스템의 성능을 향상시키고 신뢰성을 보장해주는 Pair-wise파일시스템을 설계하였다. Pair-wise는 기존 파일시스템과의 호환성을 고려하여 블록 단위 입츨력을 하고 이를 성능 측면에서 쓰기연산을 감소시키도록 고안했다. Pair-wise 파일시스템은DCW가 데이터가 변경된 부분만 업데이트하는 것을 착안해 동일한 데이터 블록에 대해 활성 비활성 블록을 쌍으로 가지면서 쓰기를 번갈아 가면서 수행한다. 이를 통해 동일 블록에 관한 중복쓰기가 배제 되고 또한 덮어쓰기가 아닌 다른 자리 쓰기를 하여 적은 양의 추가 공간을 이용해 시스템의 일관성과 신뢰성을 보장하였다. 그 결과 쓰기 횟수를 감소시켜 쓰기 량은 평균 25%까지 감소하였고 39%의 전력 소비까지 감소하는 것을 확인하였다.
In this paper, Pair-wise file system is proposed to improve performance and to guarantee reliability in PCM for storage system. Pair-wise file system is designed to offer high compatibility, as it performs the conventional Block I/O units. And the most remarkable characteristic of Pair-wise file system is that it possesses both active and inactive blocks for a same data block and writes the pair blocks alternately. As it updates the same data block, duplicated data write is removed by the feature of DCW that writes only different data parts. Write-count is reduced, write-amount is reduced by 25%, and also power is reduced by 39%. Pair-wise does not overwrite, but out-place-updates in inactive data block which stores the same data for high similarity. Although it uses the trivial space overhead, it guarantees consistency of data and reliability for entire system.
When the density technology is highly improved, PCM will be deployed on a commercial scale in storage system area. We expects to the implement of Pair-wise file system in the aspects of system performance and guarantee of the reliability.
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