Development of a Single-Level Storage System Capable of Utilizing Next-Generation NVRAM

2019 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 18K11245
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 天野 浩文 九州大学, 情報基盤研究開発センター, 准教授 (80231992)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: シングルレベルストレージ / 次世代NVRAM / SSD / HDD / ストレージ仮想化技術

Outline of Annual Research Achievements

本研究は，次世代不揮発性メモリ（次世代NVRAM）・半導体ドライブ（SSD）・ハードディスクドライブ（HDD）の３種類の記憶媒体の間で，アクセス頻度の変化等に応じてデータの自動再配置を行うシングルレベルストレージシステムの実装方式を確立し，その効果を確認することを目指している．このシングルレベルストレージシステムは，アクセスされていない間にも再配置を行う自律的・能動的な動作を必要とする．ところが，これまでのOSに搭載されてきた各種デバイスドライバは，呼び出されたときにだけ受動的に動作するルーチンとして構成されているため，ここに常時稼働する能動的な動作を組み込むことは容易ではない．ま
た，迅速なプロトタイプ構築を行う上でも，OSの伝統的なデバイスドライバを改造することは効率的ではない．
そこで，本研究では，ストレージ仮想化技術の一つであるiSCSI（internet SCSI）におけるターゲットのオープンソース実装であるtgtデーモンを改造することによってシングルレベルストレージシステムを試作することとした．また，マザーボード上のメモリスロットに装着可能な次世代NVRAM製品の利用が難しかったため，DRAMによる主記憶の一部を用いてエミュレーションを行い次世代NVRAMの代わりとなる疑似ボリュームを実現することとした．
３種類のメディアを統一的に扱うブロックアドレスマッピング機構の基本部分は初年度に実装していたので，２年目に当たる令和元年度には，これを増強してデータブロックの自動再配置機能を改良した．予備評価により，再配置を行わない場合と比べて，約36%の読み出し性能向上を得られることが確認できた．

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

プロトタイプ上で予備実験を行うことにより，性能向上が可能であることを確認するところまでは達成できた．しかし，この研究成果を外部に公表するところまではいたらなかった．
このため，「やや遅れている」と判断した．

Strategy for Future Research Activity

研究開始から２年間の研究により，最終年度に取り組むべきいくつかの具体的な課題およびその解決策が見えてきた．また，これまでは，マザーボードのメモリスロットに装着可能な次世代NVRAM製品を用いたプロトタイプを構築することができていなかったが，実際の製品がようやく市場に出回り始めたため，これを実現できる可能性が高まっている．
最終年度に当たる令和２年度には，これまでの遅れをできる限り取り戻していく所存である．

Causes of Carryover

初年度のプロトタイプを，マザーボードのメモリスロットに装着可能な次世代NVRAM製品を用いて再実装することを計画していた．しかし，時間の制約等の理由から，最終的には既存のDRAMを用いたエミュレーションによる研究開発を継続することとなった．また，研究の進行が当初計画よりもやや遅れることとなり，研究成果発表も行うことができなかった．このために物品費・旅費・その他に未使用額が発生した．
令和２年度には，この遅れをできる限り取り戻すことにより，次年度使用額を消費していく所存である．