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JFFS2

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목차

1. 개요

JFFS2는 플래시 메모리 장치, 특히 NAND 플래시 메모리를 위해 설계된 로깅 파일 시스템이다. 하드 링크 지원, 압축 알고리즘 사용, 성능 향상 등의 특징을 가지며, 파일 및 디렉터리 변경 사항을 노드에 기록하는 방식으로 동작한다. JFFS2는 아이노드와 디렉터리 엔트리 노드를 사용하여 파일 메타데이터와 디렉터리 정보를 저장하며, 쓰레기 수집 알고리즘을 통해 플래시 메모리 공간을 효율적으로 관리한다. 하지만 마운트 시 스캔 시간, 압축률 저하, 잔여 공간 계산의 어려움과 같은 단점도 존재한다.

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JFFS2 - [IT 관련 정보]에 관한 문서
파일 시스템 정보
이름JFFS2
개발자데이비드 우드하우스
전체 이름저널링 플래시 파일 시스템 버전 2
소개 날짜2001년 9월 23일
소개 운영 체제리눅스 2.4.10
압축zlib, rubin, rtime
운영 체제리눅스

2. 특징

JFFS2에는 다음과 같은 기능이 추가되었다.


  • NAND 플래시 메모리 장치 지원: 일반적인 NAND 장치는 순차적 입출력 인터페이스를 통해 동작하며, 메모리 맵트(memory-mapped) 방식으로 읽기 동작을 할 수 없다. 따라서 NAND 플래시 메모리 장치를 위한 JFFS2를 개발하는 데 많은 노력이 필요했다.[6]
  • 하드 링크 지원: JFFS에서는 온-디스크 포맷 때문에 불가능했지만, JFFS2에서는 가능해졌다.
  • 압축 기능: zlib, rubin, rtime, lzo의 네 가지 압축 알고리즘을 사용할 수 있다.[6]
  • 성능 향상: JFFS는 디스크를 순수한 원형 로그(circular log)로 간주하여 불필요한 I/O가 많이 발생했다. JFFS2의 쓰레기 수집 알고리즘은 이러한 I/O 빈도를 줄여준다.[6]


JFFS2의 웨어 레벨링 알고리즘은 NOR 플래시 메모리의 수명을 단축시키는 경향이 있었기 때문에, JFFS2에서는 알고리즘을 재설계하여 순환 로그를 폐지했다. 또한, NAND형 플래시 메모리용으로 설계되었으며, 압축을 통해 성능도 개선되었다.

JFFS와 마찬가지로 파일 및 디렉터리에 대한 변경 사항은 노드에 플래시하기 위해 "로그에 기록"된다. 노드에는 다음 두 가지 유형이 있다.[6]

  • i노드: 파일 메타데이터를 포함하는 헤더와 그 뒤에 파일 데이터 페이로드(존재하는 경우)가 있다. 압축된 페이로드는 한 페이지로 제한된다.
  • dirent 노드: 각각 이름과 i노드 번호를 유지하는 디렉토리 항목이다. 하드 링크는 동일한 i노드 번호를 가진 다른 이름으로 표시된다. 특수 i노드 번호 0은 링크 해제를 나타낸다.


JFFS와 마찬가지로 노드는 생성 시 유효한 것으로 시작되며, 새 버전이 다른 위치에 생성되면 폐기된다.[6]

JFFS2는 순환 로그 대신 블록을 단위로 처리한다. 블록은 플래시 메모리의 지우기 세그먼트와 동일한 크기이다. 블록은 한 번에 하나씩, 아래에서 위로 노드로 채워진다. 클린 블록은 유효한 노드만 포함하는 블록이고, 더티 블록에는 최소한 하나의 폐기된 노드가 포함되어 있다. 빈 블록에는 노드가 포함되어 있지 않다.[6]

가비지 컬렉터는 백그라운드에서 실행되어 더티 블록을 빈 블록으로 변환한다. 유효한 노드를 새 블록으로 복사하고 폐기된 노드를 건너뛰는 방식으로 수행된다. 이 작업이 완료되면 더티 블록이 지워지고 빈 블록으로 지정하는 특수 마커로 태그가 지정된다(지우기 작업 중에 전원이 손실될 경우의 혼란을 방지하기 위해).[7]

웨어 레벨링을 더욱 균일하게 하고 지우기가 거의 정적인 파일 시스템에 너무 집중되지 않도록 하기 위해 가비지 컬렉터는 클린 블록을 소비하기도 한다.[8]

3. 설계

JFFS2는 다음과 같은 새로운 점들을 도입했다.


  • NAND 플래시 메모리 장치 지원: NAND 장치는 순차적 입출력 인터페이스를 가지며 읽기용으로 메모리 맵핑을 할 수 없어 많은 작업이 필요했다.
  • 하드 링크 지원: 온디스크 형식의 제한으로 JFFS에서는 불가능했다.
  • 압축: zlib, rubin, rtime, lzo의 네 가지 알고리즘을 사용할 수 있다.
  • 성능 향상: JFFS는 디스크를 순수한 순환 로그로 취급하여 불필요한 I/O가 많았으나, JFFS2의 쓰레기 수집 알고리즘은 이를 줄여준다.


JFFS와 마찬가지로, JFFS2에서도 파일이나 디렉터리에 대한 변경 사항은 "노드"에 기록된다. 노드에는 다음 두 가지 종류가 있다.

  • 아이노드(inodes): 파일 메타데이터를 내용으로 하는 헤더 및 파일 데이터 페이로드로 구성된다. 압축된 페이로드는 한 페이지로 크기가 제한된다.
  • 디렉터리 엔트리 노드(dirent nodes): 이름 및 inode 번호를 담고 있는 디렉터리 엔트리들로 구성된다. 하드 링크는 같은 inode 번호를 갖고 있는 다른 이름의 디렉터리 엔트리로 표현된다. Inode 번호 0번은 unlink를 표현한다.


노드는 처음에 생성될 때 "유효"(valid) 상태로 시작했다가, 새로운 버전이 생성되면 "쓸모없음"(obsolete) 상태가 된다.

JFFS와 달리, JFFS2에는 순환 로그(circular log)가 없다. 대신, 플래시 장치의 지우기 동작의 세그먼트 크기와 같은 "블록"(block)들을 활용한다. 블록들은 한 번에 한 블록씩 채워진다.

  • "깨끗한"(clean) 블록: "유효한"(valid) 노드들만 포함.
  • "더러운"(dirty) 블록: 적어도 한 개의 "쓸모없는"(obsolete) 노드를 포함.
  • "빈"(free) 블록: 노드를 포함하지 않음.


쓰레기 수집 알고리즘은 백그라운드로 수행된다. "더러운" 블록 내의 "유효한" 노드들을 새로운 블록으로 옮기고, "쓸모없는" 블록들은 그냥 놓아둔 후, "더러운" 블록들을 삭제하고 빈 블록이라는 것을 나타내는 특별한 마커를 달아준다.[3]

웨어 레벨링을 공평하게 하고, 정적인 파일 시스템이 집중화되는 것을 방지하기 위해, 쓰레기 수집기는 가끔 "깨끗한" 블록을 소모하기도 한다.[3]

4. 단점

JFFS2는 로그 구조 설계를 가지고 있어 다음과 같은 단점을 지닌다.[3][8]


  • 모든 노드는 마운트 시점에 스캔해야 한다. 이는 속도가 느리며, 플래시 장치가 테라바이트 범위로 확장됨에 따라 점점 더 심각한 문제가 되고 있다. 이 문제를 해결하기 위해 리눅스 커널 2.6.15 버전에서 ''Erase Block Summary''(EBS)가 도입되었다. EBS는 각 블록의 끝에 위치하며 해당 블록에 대한 각 쓰기 작업 시 업데이트되어 블록의 내용을 요약한다. 마운트 시 전체 블록을 스캔하는 대신 EBS를 읽는다.
  • 많은 작은 데이터 블록을 쓰는 것은 심지어 음수 압축률을 초래할 수 있으므로, 애플리케이션에서 큰 쓰기 버퍼를 사용하는 것이 필수적이다.
  • 장치에 얼마나 많은 사용 가능한 여유 공간이 남아 있는지 실제로 알 방법이 없다. 이는 추가 데이터를 얼마나 잘 압축할 수 있는지와 쓰기 시퀀스에 모두 의존하기 때문이다.

참조

[1] 웹사이트 Memory Technology Device (MTD) Subsystem for Linux. http://www.linux-mtd[...] 2021-05-15
[2] 웹사이트 The OpenWrt Flash Layout - OpenWrt Wiki http://wiki.openwrt.[...] 2014-03-04
[3] 웹사이트 Software Profile: Journaling Flash File System, Version 2 (JFFS2) http://www.micron.co[...] micron.com 2014-03-04
[4] 웹사이트 Memory Technology Device (MTD) Subsystem for Linux. http://www.linux-mtd[...] 2021-05-15
[5] 웹사이트 The OpenWrt Flash Layout - OpenWrt Wiki http://wiki.openwrt.[...] 2014-03-04
[6] 웹사이트 Software Profile: Journaling Flash File System, Version 2 (JFFS2) http://www.micron.co[...] micron.com 2014-03-04
[7] 웹사이트 Software Profile: Journaling Flash File System, Version 2 (JFFS2) http://www.micron.co[...] micron.com 2014-03-04
[8] 웹사이트 Software Profile: Journaling Flash File System, Version 2 (JFFS2) http://www.micron.co[...] micron.com 2014-03-04


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