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文檔簡介
1、長期以來,存儲一直都是整個計算機系統(tǒng)的性能瓶頸之一。人們總希望獲得低延時,高可靠,低能耗,持久化的存儲設備。而新型非易失型存儲器(NVM, Non Volatile Memory)的出現,則使人們看到了希望。由于這些存儲器具備可持久化,低讀寫延時,低能耗,支持字節(jié)尋址等多種優(yōu)勢,因而吸引了研究人員的廣泛關注。由于NVM的讀寫延遲與DRAM相當,因此,NVM可以直接連入CPU內存子系統(tǒng)中,與DRAM共同編址。從軟件使用的角度來看,目前主要
2、有兩種方式使用NVM。一種是將NVM作為外設,通過接口或文件系統(tǒng)的方式進行管理和使用。另一種是當作持久化內存使用,CPU利用load/store類指令進行訪問。顯然,第一種方式會頻繁陷入內核,從而導致過大的時間開銷。因此第二種使用方式更加高效。即將NVM當作持久化內存使用,并映射到用戶進程地址空間形成持久化堆,以便應用程序存儲與訪問持久化數據。本課題就是在持久化內存應用場景下開展研究的。
由于NVM的持久化特性,傳統(tǒng)的內存管理
3、方法與內存操作方法并不適用于持久化內存管理。這主要表現在以下幾個方面:
首先,所有在持久化內存上的修改都會長期生效,因此無論是內存管理還是NVM對象操作,在進行修改時都必須滿足ACID,傳統(tǒng)內存管理并無此需求。其次,與傳統(tǒng)內存的管理與使用一樣,NVM也亟待一種面向多核,高效率的內存管理和對象并發(fā)更新機制。然而,NVM對象更加持久,因此NVM資源更加珍貴,長期運行的NVM內存管理系統(tǒng)面臨前所未有的降低碎片需求。并且,因為NVM內
4、存的持久性,任何NVM錯誤都可能是永久的,而傳統(tǒng)內存管理機制并無此方面的考慮。最后,NVM的寫壽命較短,亟待一種方案能夠最大限度延長NVM使用壽命。
針對上述問題,本文設計并實現了一種面向多核的NVM內存計算平臺。該內存計算平臺建立了內存管理機制,并在其上建立了事務化的對象存儲機制,對外提供面向對象的事務編程接口。具體而言,該計算平臺的主要研究工作包括:
1.針對映射到用戶地址空間的NVM資源,設計并實現了一套提供事
5、務保障、面向多核的內存管理模塊。
2.基于NVM內存管理模塊,設計并實現了一種實時在線內存碎片整理的算法。該算法構建線段樹跟蹤持久化內存分配和釋放操作,并通過增量移動持久化對象實現碎片整理。
3.針對NVM對象的事務性與安全性需求,設計并實現了一套基于智能指針與名字服務的編程模型,隔離了NVM操作與業(yè)務代碼,降低了開發(fā)難度。
4.基于上述NVM編程模型與NVM內存管理機制,設計并實現了一種滿足ACID要求的
6、軟件事務存儲機制,并為上層提供了事務接口。
5.下層驅動提供了頁面置換算法以提高效率與延長NVM壽命,但是其需要精確的訪問統(tǒng)計數據。本系統(tǒng)基于智能指針,實現了一套精確的內存訪問統(tǒng)計機制,并且可以向內核反饋頁面訪問狀況。
最后,本文對面向多核的NVM內存計算平臺進行了功能測試與性能測試。在功能測試中,NVM的事務性、動態(tài)碎片整理機制和NVM對象操作都通過了測試。在性能測試中,本文基于上述的NVM內存計算平臺,實現了一種
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