플래시메모리와 FTL

SSD (Solid State Drives)

• 하드디스크 : S극 N극으로 자 방향으로 데이터 저장

• 플래시 메모리(트랜지스터-셀(전하의 양에 따라 0과 1을 저장) 낸드 플래시 // 셀에 전하가 많이 쌓여있음

  • NOR타입 : 바이트 단위 접근 가능 => 임베디드 펌웨어
  • NAND : 블럭 단위 인터페이스(용량을 크게 가능)

• SSD 내부에 컴퓨팅 리소스 - CPU ,DRAM, 플래시 메모리를 저장공간 , 버스방식 사용, PCle 인터페이스(블럭 I/O) ,
  

• host interface (PCle, SATA , SCSI 인터페이스 지원 => PC에 연결가능)

  • SATA(Serial Advanced Technology Attachment) : HDD 속도와 연결방식 개선(병렬 =>직렬)
  • SCSI(Small Computer System Interface) : 서버나 워크스테이션 , 빠르고 안정적이지만 비싸다.

• 플래시 메모리(여러개를 병렬적으로 사용) 연결 할 때 버스로 연결 , 멀티 채널 , 멀티 way로 성능을 빠르게 할 수 있다.

• SSD 내부에 CPU가 필요한 이유

  • 독특한 특성을 처리하기 위해서
  • FTL(Flash Traslation Layer) : SSD내부에서 동작, 플래시메모리를 디스크처럼 보이도록 추상화.

Disk vs Flash memory

• 공통점 : 비휘발성
• 차이점
  • 플래시메모리는 기계적인 장치가 없다. : 모바일 장치에 좋다.
  • 디스크보다 빠르다 (us vs ms)
  • 덮어쓰기 제한이 있다. (바로 덮어 쓸 수가 없다. erase작업을 해야한다.)
  • 플래시메모리는 EEPROM(쓰기가능한 ROM에서 전기적 신호로 erase가능)에서 발전된 소자.
  • Read/Write 와 erase 단위가 다르다.
    • read write : page unit (4KB)
    • erase : block unit (2MB) ==> 파일시스템의 블럭과는 다른 단어, 페이지 유닛이 모여서 블럭이 됨
  • 내구성 : erase 횟수가 제한. // 횟수를 넘기면 bad block이 된다.

• 0~5번 쓰기

• 오버라이트 발생. 1번을 업데이트, 3,4번을 업데이트

• 1. 플래시메모리는 오버라이트가 되지 않는다. erase필요함
• 2. erase는 블럭단위로 진행된다.

• 전체를 다 지운다?

• 0번과 2번을 DRAM에 복사를 한다. erase하고 다시 쓴다.

  • 성능 문제, 데이터 손실
  • 이 방식을 사용하면 ms단위로 반응속도가 느려진다.

---

• FTL 이용

  • Out of Place update (덮어쓰기 해결)
  • 가비지 컬렉션 ( 페이지와 블럭의 차이 해결 )
  • 배드블럭 핸들링( 에러발생 이슈 해결 )

  

• 매핑 테이블

• 로지컬 페이지 넘버 , 피지컬 페이지 넘버의 쌍
  

• LPN : 1 ,3 , 4 업데이트

  • FTL : Out of place => 매핑 업데이트 => invalidate

• LPN : 1 , 5 ,6 업데이트
• 매핑테이블에서 1번은 더 이상 6번이 아니라 9번으로 바뀜
• 남은 free 블럭이 하나밖에 없다.
  ==> 회수를 해야한다.

가비지 컬렉션

• invalid 회수

• 프리 블럭이 임계점 이하로 떨어질 때
  

• 어떤 블럭을 선택할 지?

  • 그리디(오버헤드 적음) , 나이(최근에 쓰여진 블럭을 냅둔다. - 시간적 지역성 고려)
  • 그리디 : 3번을 12번으로 옮기고 삭제한다.

FTL

• 플래시메모리를 디스크처럼 보이게 만드는 역할

• ext4 read write

• read , write , erase

• 중개해서 기능 제공

• wear-leveling : Endurance limit이 100인데 이 값을 넘으면 bad block이 될 수 있음

  • 삭제균등화를 한다. 골고루 삭제가 되면 플래시 메모리의 수명을 늘릴 수 있다.

  

• FTL이 필요없는 시스템도 존재. F2FS YAFFS