플래시 메모리 기반 SSD(Solid State Drive)는 다양한 장점을 가지고 있어 스마트폰, 노트북, 데스크탑 PC, 서버 등의 저장장치로 사용 영역이 확대되고 있다. 하지만 플래시 메모리의 제한된 쓰기/소거 횟수와 높은 에러율로 인하여 신뢰성이 떨어지는 문제를 안고 있다. SSD의 신뢰성을 향상 시킬 수 있는 방법 중 하나로 RAID 기법을 도입하는 방안이 있으나, RAID는 작은 데이터 쓰기 시 패리티 갱신 비용이 높은 문제가 있다. 이를 극복하기 위하여 본 논문에서는 플래시 메모리 칩을 RAID 형태로 구성하면서 효율적으로 패리티를 갱신하는 새로운 RAID 기법인 DS-RAID(Dynamic Striping-RAID)를 제안한다. DS-RAID는 논리적인 블록 번호를 기반으로 스트라이프를 구성하지 않고, 쓰기 요청 순서에 기반하여 동적으로 스트라이프를 구성하여 작은 크기의 데이터를 쓸 때 패리티 쓰기 횟수를 크게 줄이고 SSD의 성능과 수명을 향상 시킬 수 있다. 신뢰성을 향상하기 위하여 DS-RAID 기법은 부분 스트라이프 패리티를 기록하여 NVRAM 없이도 항상 기록된 데이터의 복구 능력을 제공한다. SSD 확장 DiskSim에 DS-RAID 기법을 구현하여 성능을 측정하였으며, 트레이스 기반 성능 평가 결과는 전통적인 RAID-5 기법에 비해 DS-RAID 기법이 SSD의 성능과 수명을 향상시킬 수 있음을 보여준다.
Flash-memory based solid state drives (SSDs) are deployed widely for various areas induding laptop computers, PCs, and servers due to their diverse advantages. However, one of serious problems of current SSDs is low reliability originated from their primary component, flash-memory, having high error rate and limited erase count. Adopting RAID architecture is a reasonable way to increase reliability of SSDs. However, the cost of parity update is a heavy burden for small write requests in SSDs using RAID architecture. To fundamentally solve this problem, in this paper, we propose Dynamic Striping-RAID (DS-RAID). Unlike RAID-5 that constructs a stripe based on LBNs (Logical Block Numbers), the DS-RAID dynamically constructs a stripe based on arrival order of write requests such that write requests are sequentially written to a stripe. Hence, the performance and lifetime of SSDs can be greatly improved by reducing read and write operations for parity updates. Additionally, we propose the sub-stripe parity scheme to increase reliability of data without non-volatile RAM. We implemented the DS-RAID scheme in DiskSim with SSD extension and experimental results of trace-driven simulation show that the DS-RAID outperforms conventional RAID-5 scheme in terms of performance and lifetime of SSDs.
