基于NVM的寫操作優(yōu)化策略研究與設計.pdf

1、為了緩和CPU到主存再到外存的速度差異，現(xiàn)有的存儲架構一直延續(xù)最初的分層架構:cache、主存和外存從高到低，速度也從快到慢，但是，伴隨著海量數(shù)據(jù)存儲與大規(guī)模并行計算的應用場景越來越廣泛，存儲器性能亟待提升，無論是外存還是主存，從存儲結構到存儲介質(zhì)都面臨著新興技術的挑戰(zhàn)。外存方面，以NandFlash作為存儲介質(zhì)的SSD(Solid State Disk)已經(jīng)取得了良好的戰(zhàn)績并在不斷提升性能擴大戰(zhàn)果;主存方面，生產(chǎn)領域不斷的研究新的工藝

2、來提升DRAM的存儲密度，近幾年來效果不佳;學術領域則將目光轉向尋找新的存儲介質(zhì)來替代傳統(tǒng)的DRAM。新興的非易失性存儲介質(zhì)NVM(Non-VolatileMemo巧，如PCM-相變存儲器[34]、STT-RAM-自旋存儲器、FeRAM-鐵電存儲器等）具有很多吸引人的特性，如掉電非易失、高密度、可字節(jié)尋址、高抗沖擊性、低能耗和出色的可擴展性。此外，NVM相比DRAM有著極低的空閑能耗而存儲密度更高。因此，NVM越來越流行，在眾多系統(tǒng)中都

3、紛紛采用，它不僅可以作為輔存，也可以作為嵌入式系統(tǒng)的主存，而且有大量的技術已經(jīng)提出利用NVM取代傳統(tǒng)的DRAM作為計算機主存。
　　但是，NVM自身也有著兩個明顯的缺陷:1)NVM的寫入/擦除周期數(shù)量有限（例如，相變存儲器-PCM周期數(shù)只有109次）;2) NVM需要更長的寫操作時間和更高的寫操作能耗(例如，PCM的讀操作時間為50ns，而寫操作時間為200ns)。如果能夠針對這些問題找到解決辦法，對于NVM的推廣將起著至關重要的

4、影響。
　　為了解決這些問題，大量的研究工作致力于減少NVM的寫操作，但是大多數(shù)技術在減少寫操作的同時也增加了可觀的額外消耗，在本文中，我們提出了MinFS，一種利用增加比特翻轉標記和移位標記來最小化更新比特位數(shù)的NVM寫策略。類似Flip-N-Write[13]和Min-Shift[33]，每個NVM寫單元有一個額外的比特位翻轉標志來記錄該單元的相關的數(shù)據(jù)是否經(jīng)過了翻轉操作和幾個移位標志來記錄數(shù)據(jù)循環(huán)右移的位數(shù)。當一個寫請求到達

5、時，該MinFS策略首先計算新數(shù)據(jù)對應的所有可能的編碼數(shù)據(jù)和讀取舊的數(shù)據(jù)。然后，MinFS計算所有的編碼數(shù)據(jù)和舊數(shù)據(jù)之間的海明距離，其中包括所使用的翻轉標記位和移位標記位。擁有最小海明距離的編碼數(shù)據(jù)被選為最優(yōu)結果寫入NVM單元。該方案可以找到所有要寫數(shù)據(jù)和原始數(shù)據(jù)之間的最小距離以達到最大程度的減少更新的數(shù)據(jù)位數(shù)。MinFS通過付出讀取、計算和比較的成本來找到擁有最少更新數(shù)據(jù)位的編碼數(shù)據(jù)。我們開發(fā)了一個以跟蹤數(shù)據(jù)文件為驅動的工具來評估我們