Performance and power consumption estimation for embedded flash-based storage systems

Maitriser et optimiser les performances et la consommation énergétique dans les systèmes embarqués est aujourd'hui crucial. Pour ce faire, des techniques d'estimation de ces métriques sont utilisées dans des environnements où la réalisation de mesures est difficile. Ce travail cible l'évaluation des performances et de la consommation énergétique du service du stockage secondaire dans un système d'exploitation embarqué utilisant une mémoire flash NAND. L'un des moyens de gérer ce type de média est l'utilisation de systèmes de fichiers dédiés (Flash File Systems, FFS), pour lequel on peut constater un manque de travaux dans la littérature concernant les techniques d'estimation des performances et de la consommation. Les contributions apportées dans cette thèse s'articulent autour d'une méthodologie de modélisation pour l'estimation des performances et de la consommation des systèmes de stockage embarqués de type FFS. Cette méthodologie est divisée en trois phases. En phase d'exploration on identifie, via des micro-benchmarks, les éléments du système de stockage impactant les performances et la consommation du système embarqué. En phase de modélisation, cet impact est représenté sous la forme de modèles de différents types, dont les principaux sont les modèles fonctionnels, de performances et de consommation. Les paramètres de ces modèles sont extraits via des mesures. En phase de simulation, les modèles sont implémenté dans un simulateur, développé dans le cadre de cette thèse, permettant d'obtenir des estimations concernant les performances et la consommation d'un système de stockage à base de mémoire flash soumis à une charge d'entrées / sorties donnée.Controlling and optimizing embedded system performance and power consumption is critical. In this context, estimation techniques are used when performing measurement campaigns is difficult due to time or financial constraints. This work targets the performance and power consumption evaluation of the secondary storage service in an embedded operating system using NAND flash memory. One way to manage flash memory is to used dedicated Flash File Systems (FFS). One can observe a lack of work in the literature concerning FFS performance and power consumption estimation techniques.The contributions presented in this thesis rely on a three steps performance and power consumption modeling methodology. During the exploration phase, we identify through micro-benchmarking the main elements of a FFS based system impacting performance and power consumption of the embedded system. In the modeling phase, this impact is represented by building models of various types. The main models types are the functional, performance and power consumption models. Models parameters are extracted through measurements on a real platform. During the simulation phase the models are implemented in a simulator. This tool allows obtaining performance and power consumption estimations concerning a flash-based storage system processing a given I/O workload