낸드 플래시 메모리 기반 저장장치의 가비지 컬렉션 최적화를 위한 효율적인 TRIM 스케줄링 기법
An Efficient TRIM Scheduling Method for Optimizing Garbage Collection in NAND Flash-Based Storage Devices
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초록
본 논문은 NAND 플래시 메모리 기반 저장장치에서 TRIM 명령을 포함한 입출력 명령어의 동적 우선순위 스케줄링 기법을 적용하여 가비지 컬렉션(Garbage Collection)의 성능을 최적화하는 방법에 대해 다룬다. ATA 표준에추가된 TRIM 명령은 운영체제가 저장장치에 더 이상 사용하지 않는 데이터 블록의 정보를 전달함으로써, 저장장치가해당 블록을 사전에 정리하고 새로운 데이터를 저장할 수 있는 가용 블록을 확보할 수 있도록 지원한다. 그러나 TRIM 명령의 처리 과정은 읽기 및 쓰기 명령의 성능에 영향을 미치므로 일반적으로 낮은 우선순위로 처리된다. 한편, NAND 플래시 메모리 기반 저장장치가 지속 성능(Sustained Performance) 상태에 진입하면 가용 블록의 부족으로 인해 가비지 컬렉션에 소요되는 비용이 급격히 증가하는 특성이 나타난다. 이에 본 연구에서는 지속 성능 상태에서 TRIM 명령의우선순위를 동적으로 조정하는 스케줄링 기법을 통해 가비지 컬렉션의 성능을 향상시키는 방안을 제안하고 가비지 컬렉션 성능에 미치는 긍정적인 영향을 확인한다.
Abstract
This paper presents a method to optimize garbage collection (GC) performance in NAND flash-based storage devices by applying a dynamic priority scheduling technique for input/output commands, including the TRIM command. The TRIM command, introduced in the ATA standard, enables the operating system to inform the storage device of data blocks that are no longer in use. This allows the device to proactively erase those blocks and secure available space for future writes. However, because the processing of TRIM commands may interfere with the performance of read and write operations, it is typically treated with low priority. Meanwhile, when a NAND flash-based storage device enters a sustained performance state, the cost of garbage collection increases sharply due to a shortage of available blocks. To address this issue, this study proposes a dynamic priority scheduling scheme that adjusts the priority of TRIM commands during the sustained performance phase. Experimental results demonstrate that the proposed approach improves garbage collection efficiency and has a positive impact on overall system performance