Ανάπτυξη αλγορίθμου χαρτογράφησης στη μονάδα μετάφρασης διευθύνσεων SSDs βασισμένων σε τεχνολογία NAND flash
Υπάρχει µια άνευ όρων επιθυµία και ζήτηση για µεγαλύτερη χωρητικότητα στις συσκευές αποθήκευσης τύπου flash, όπως είναι οι SSDs. Για να ικανοποιηθεί αυτή η επιθυµία, η βιοµηχανία ηµιαγωγών έχει προτείνει διάφορες τεχνικές κατασκευής που µειώνουν όλο και περισσότερο το κελί τύπου flash. Για το σκοπό...
| Κύριος συγγραφέας: | |
|---|---|
| Άλλοι συγγραφείς: | |
| Γλώσσα: | Greek |
| Έκδοση: |
2021
|
| Θέματα: | |
| Διαθέσιμο Online: | http://hdl.handle.net/10889/14706 |
| id |
nemertes-10889-14706 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
nemertes-10889-147062022-09-05T14:08:13Z Ανάπτυξη αλγορίθμου χαρτογράφησης στη μονάδα μετάφρασης διευθύνσεων SSDs βασισμένων σε τεχνολογία NAND flash Exploration of fine-grained address mapping in the flash translation layer of SSDs Τζιμή, Καλλιόπη Tzimi, Kalliopi Αλγόριθμος χαρτογράφησης Μονάδα μετάφρασης διευθύνσεων Μνήμη NAND flash Fine-grained mapping Flash translation layer NAND flash memory SSD Υπάρχει µια άνευ όρων επιθυµία και ζήτηση για µεγαλύτερη χωρητικότητα στις συσκευές αποθήκευσης τύπου flash, όπως είναι οι SSDs. Για να ικανοποιηθεί αυτή η επιθυµία, η βιοµηχανία ηµιαγωγών έχει προτείνει διάφορες τεχνικές κατασκευής που µειώνουν όλο και περισσότερο το κελί τύπου flash. Για το σκοπό αυτό, η χωρητικότητα της φυσικής σελίδας των σύγχρονων SSDs αυξάνεται συνεχώς καθώς προχωρά η διαδικασία των κατασκευαστών. Ενώ οι µεγαλύτερες σελίδες παρέχουν υψηλότερες πυκνότητες και, συνεπώς, υψηλότερες χωρητικότητες, αυτό εισάγει µια σοβαρή αναντιστοιχία µεγέθους µεταξύ µικρών αιτηµάτων εισόδου/εξόδου και µεγάλων φυσικών σελίδων. Το ελάχιστο δυνατό µέγεθος ενός αιτήµατος εισόδου/εξόδου µπορεί να είναι µέχρι και 4 φορές µικρότερο από τη φυσική σελίδα, µε αποτέλεσµα να παρατηρούνται σηµαντικές δυσκολίες διαχείρισης, όπως πολλές περιττές εγγραφές σελίδων, οι οποίες σπαταλούν πολύτιµο χώρο και χρόνο. Για τη µείωση των αρνητικών επιπτώσεων της αυξανόµενης χωρητικότητας της σελίδας, η παρούσα διπλωµατική προτείνει έναν νέο αλγόριθµο χαρτογράφησης µε σκοπό την καλύτερη αξιοποίηση των διαθέσιµων πόρων. Η µονάδα µετάφρασης διευθύνσεων (FTL) που ενσωµατώνει τον fine-grained address mapping αλγόριθµο, αποσυνδέει την εξάρτηση από το µέγεθος της σελίδας και επεξεργάζεται πολλαπλά µικρά αιτήµατα εγγραφής στο χώρο και τον χρόνο ενός µόνο αιτήµατος. Ο βασικός µηχανισµός είναι η εφαρµογή µιας κρυφής µνήµης σελίδας (page buffer), η οποία συγχωνεύει τα αιτήµατα σε ένα ενιαίο αίτηµα. Το προτεινόµενο σχήµα χαρτογράφησης επικυρώνεται έναντι του συµβατικού σχήµατος χαρτογράφησης σε επίπεδο σελίδας, χρησιµοποιώντας ποικίλα workload sets. Από τα πειραµατικά αποτελέσµατα παρατηρείται ότι µε έναν βελτιστοποιηµένο αλγόριθµο χαρτογράφησης, βελτιστοποιείται η αξιοποίηση του χώρου αποθήκευσης και η συνολική απόδοση του SSD. There is an unconditional appetite and demand for larger capacity of flash storage devices, such as SSDs. To satiate the appetite, the semiconductor industry has proposed various manufacturing techniques that scale down the flash cell further. To this end, the physical page of modern SSDs continuously grows as the manufacturing process advances. While larger pages provide higher densities and, therefore, higher capacities, they introduce a serious I/O size mismatch between small I/O requests and large physical pages. The granularity of the minimum I/O request can be even 4x smaller than the page size, which results in significant management difficulties, such as many unnecessary page writes that waste valuable space and time. To alleviate the negative impacts of the growing size of the page units, a new mapping scheme is proposed in this thesis to exploit better resource management. A fine-grained mapping-enabled Flash Translation Layer (FTL) decouples the mapping unit from the page size and processes multiple small write requests at the space and latency of only one request. The key mechanism is the implementation of a page buffer that flushes and merges the requests. The proposed mapping scheme is validated against the conventional page-level mapping scheme by using multiple sets of workloads. From the experimental results it is shown that with an optimized mapping algorithm, the storage utilization and the performance are optimized. 2021-03-23T10:55:03Z 2021-03-23T10:55:03Z 2021-03-23 http://hdl.handle.net/10889/14706 gr application/pdf |
| institution |
UPatras |
| collection |
Nemertes |
| language |
Greek |
| topic |
Αλγόριθμος χαρτογράφησης Μονάδα μετάφρασης διευθύνσεων Μνήμη NAND flash Fine-grained mapping Flash translation layer NAND flash memory SSD |
| spellingShingle |
Αλγόριθμος χαρτογράφησης Μονάδα μετάφρασης διευθύνσεων Μνήμη NAND flash Fine-grained mapping Flash translation layer NAND flash memory SSD Τζιμή, Καλλιόπη Ανάπτυξη αλγορίθμου χαρτογράφησης στη μονάδα μετάφρασης διευθύνσεων SSDs βασισμένων σε τεχνολογία NAND flash |
| description |
Υπάρχει µια άνευ όρων επιθυµία και ζήτηση για µεγαλύτερη χωρητικότητα στις συσκευές αποθήκευσης τύπου flash, όπως είναι οι SSDs. Για να ικανοποιηθεί αυτή η επιθυµία, η βιοµηχανία ηµιαγωγών έχει προτείνει διάφορες τεχνικές κατασκευής που µειώνουν όλο και περισσότερο το κελί τύπου flash. Για το σκοπό αυτό, η χωρητικότητα της φυσικής σελίδας των σύγχρονων SSDs αυξάνεται συνεχώς καθώς προχωρά η διαδικασία των κατασκευαστών. Ενώ οι µεγαλύτερες σελίδες παρέχουν υψηλότερες πυκνότητες και, συνεπώς, υψηλότερες χωρητικότητες, αυτό εισάγει µια σοβαρή αναντιστοιχία µεγέθους µεταξύ µικρών αιτηµάτων εισόδου/εξόδου και µεγάλων φυσικών σελίδων. Το ελάχιστο δυνατό µέγεθος ενός αιτήµατος εισόδου/εξόδου µπορεί να είναι µέχρι και 4 φορές µικρότερο από τη φυσική σελίδα, µε αποτέλεσµα να παρατηρούνται σηµαντικές δυσκολίες διαχείρισης, όπως πολλές περιττές εγγραφές σελίδων, οι οποίες σπαταλούν πολύτιµο χώρο και χρόνο.
Για τη µείωση των αρνητικών επιπτώσεων της αυξανόµενης χωρητικότητας της σελίδας, η παρούσα διπλωµατική προτείνει έναν νέο αλγόριθµο χαρτογράφησης µε σκοπό την καλύτερη αξιοποίηση των διαθέσιµων πόρων. Η µονάδα µετάφρασης διευθύνσεων (FTL) που ενσωµατώνει τον fine-grained address mapping αλγόριθµο, αποσυνδέει την εξάρτηση από το µέγεθος της σελίδας και επεξεργάζεται πολλαπλά µικρά αιτήµατα εγγραφής στο χώρο και τον χρόνο ενός µόνο αιτήµατος. Ο βασικός µηχανισµός είναι η εφαρµογή µιας κρυφής µνήµης σελίδας (page buffer), η οποία συγχωνεύει τα αιτήµατα σε ένα ενιαίο αίτηµα.
Το προτεινόµενο σχήµα χαρτογράφησης επικυρώνεται έναντι του συµβατικού σχήµατος χαρτογράφησης σε επίπεδο σελίδας, χρησιµοποιώντας ποικίλα workload sets. Από τα πειραµατικά αποτελέσµατα παρατηρείται ότι µε έναν βελτιστοποιηµένο αλγόριθµο χαρτογράφησης, βελτιστοποιείται η αξιοποίηση του χώρου αποθήκευσης και η συνολική απόδοση του SSD. |
| author2 |
Tzimi, Kalliopi |
| author_facet |
Tzimi, Kalliopi Τζιμή, Καλλιόπη |
| author |
Τζιμή, Καλλιόπη |
| author_sort |
Τζιμή, Καλλιόπη |
| title |
Ανάπτυξη αλγορίθμου χαρτογράφησης στη μονάδα μετάφρασης διευθύνσεων SSDs βασισμένων σε τεχνολογία NAND flash |
| title_short |
Ανάπτυξη αλγορίθμου χαρτογράφησης στη μονάδα μετάφρασης διευθύνσεων SSDs βασισμένων σε τεχνολογία NAND flash |
| title_full |
Ανάπτυξη αλγορίθμου χαρτογράφησης στη μονάδα μετάφρασης διευθύνσεων SSDs βασισμένων σε τεχνολογία NAND flash |
| title_fullStr |
Ανάπτυξη αλγορίθμου χαρτογράφησης στη μονάδα μετάφρασης διευθύνσεων SSDs βασισμένων σε τεχνολογία NAND flash |
| title_full_unstemmed |
Ανάπτυξη αλγορίθμου χαρτογράφησης στη μονάδα μετάφρασης διευθύνσεων SSDs βασισμένων σε τεχνολογία NAND flash |
| title_sort |
ανάπτυξη αλγορίθμου χαρτογράφησης στη μονάδα μετάφρασης διευθύνσεων ssds βασισμένων σε τεχνολογία nand flash |
| publishDate |
2021 |
| url |
http://hdl.handle.net/10889/14706 |
| work_keys_str_mv |
AT tzimēkalliopē anaptyxēalgorithmouchartographēsēsstēmonadametaphrasēsdieuthynseōnssdsbasismenōnsetechnologianandflash AT tzimēkalliopē explorationoffinegrainedaddressmappingintheflashtranslationlayerofssds |
| _version_ |
1771297244584083456 |
