가비지 컬렉션

소개

SSD는 저장장치 시장에서 점차 그 비중이 늘어가고 있습니다. SSD는 HDD 보다 가볍고, 빠르고, 또 충격에 강하지만 상대적으로 높은 단가와 취약한 내구성은 극복해야 할 단점으로 제기되어 왔습니다. 가비지 컬렉션 (Garbage collection: GC) 기술은 내구성 극복과 속도 향상을 기할 수 있는 SSD의 주요 기술 중 하나입니다.

가비지 컬렉션 기능의 작동원리

SSD 에서 컨트롤러는 플래시의 빈 공간에 데이터를 저장합니다. 전통적인 방식의 HDD 와는 다르게 플래시에서 데이터를 덮어씌우는 것은 불가능하며, 먼저 기존 데이터를 삭제함으로써 사전에 빈 공간을 확보해야만 합니다.

* 플래시에서 가장 작은 쓰기 단위는 페이지, 지우는 단위는 블록이라 명명합니다.
  1. 데이터는 블록의 9페이지에 기록되며, 쓰기 작업이 완료되면 블록 A의 9페이지는 가득 차게 됩니다.
  2. 페이지 a~c가 삭제되었으나 각 페이지가 개별적으로 삭제되지는 않으며 해당 페이지는 더 이상 읽어 들일 수 없는 구역으로 설정되며 또한 추가적인 쓰기 작업을 할 수도 없게 됩니다.
  1. 블록A에는 이제 더 이상 3페이지의 데이터 (J-L)를 저장할 공간이 없습니다.
  2. 시스템은 D-I의 데이터를 유효한 정보로 인식, 블록A에서 삭제한 후 블록B로 전송 됩니다.

플래시에 쓸 공간이 충분하지 않을 때, 기존 데이터 (D-I)는 블록 B로 전송 된 후 페이지 J-L이 기록 될 수 있습니다. 이후 블록A가 지워지며 이것이 가비지 컬렉션(Garbage collection: GC) 기능의 본질입니다. 그러나 이 과정은 쓰기 증폭으로 이어지며, 쓰기 증폭 계수는 SSD의 내구성에 큰 영향을 미칩니다.

가비지 컬렉션 기능의 이점

초기 SSD에서는 블록 공간이 부족할 때마다 가비지 컬렉션(Garbage collection: GC)이 수행되었으며 이로 인해 성능이 크게 저하되었습니다. 하지만 최신 SSD의 컨트롤러는 읽기 / 쓰기 작업이 발생하지 않을 때만 가비지 컬렉션(Garbage collection:GC) 을 수행합니다. 플래시는 먼저 여유 공간을 확보하고 스페어 블록을 버퍼 공간으로 유지하기 때문에 최신 SSD에서 가비지 컬렉션은 더 이상 성능에 크게 영향을 미치지 않습니다.

시스템 측면에서 트림(TRIM) 기능을 활성화 할 경우 시스템 부하가 줄어들고 정보 관리는 쉬워지며 원활한 쓰기 작업이 가능하게 됩니다.

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