面向新型非易失性存儲(chǔ)器的內(nèi)存管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、隨著云計(jì)算技術(shù)的不斷發(fā)展和規(guī)模的壯大，人們對(duì)存儲(chǔ)的要求越來越高，希望有高密度、高讀寫速度、低能耗的存儲(chǔ)介質(zhì)。而傳統(tǒng)的DRAM、flash和磁盤等產(chǎn)品都有各自的缺陷，DRAM和flash存在著密度和容量的瓶頸，磁盤的讀寫速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到要求。隨著存儲(chǔ)技術(shù)的不斷發(fā)展，PCM、MRAM等新型非易失性存儲(chǔ)器（統(tǒng)稱為NVM）逐漸出現(xiàn)在人們的視野范圍中，它們擁有密度高、容量大、速度快和能耗低等特點(diǎn)，吸引了技術(shù)人員的廣泛關(guān)注。由于NVM自身的諸多特性，

2、許多原來的設(shè)計(jì)方案不再適合于它，需要重新設(shè)計(jì)。主要的研究方向包括用NVM代替DRAM，在NVM搭建文件系統(tǒng)等。而本文的研究方向則是用NVM替代DRAM。關(guān)于其替代方案，主要有兩種觀點(diǎn)，一是NVM完全替代DRAM；二是NVM和DRAM結(jié)合起來使用，即混合內(nèi)存。而現(xiàn)有的技術(shù)基礎(chǔ)上，NVM仍存在一些缺陷（相對(duì)于DRAM，其讀寫速度較慢，且存在寫磨損），這限制了NVM完全替代DRAM。因此，更多的研究著手于混合內(nèi)存上。
　　本文就是在混合

3、內(nèi)存場景下展開研究的。目前，有兩種方式使用NVM，一是按照傳統(tǒng)頁框管理方式，二是使用文件系統(tǒng)管理NVM。前者未充分考慮NVM持久化特性和存在著空間利用率不高的缺陷；后者未充分利用NVM隨機(jī)讀寫的特性和存在著元數(shù)據(jù)空間開銷較大的缺陷。針對(duì)上述問題，本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種針對(duì)NVM的低元數(shù)據(jù)空間開銷的持久化頁框管理系統(tǒng)。另外，由于NVM的寫速度較DRAM慢，寫能耗較大，且存在寫磨損，本文還設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種提供持久化保證的頁面置換機(jī)制，以減少N

4、VM寫操作。上述持久化頁框管理系統(tǒng)和頁面置換機(jī)制，主要有以下特點(diǎn)：
　　1.在操作系統(tǒng)內(nèi)核層建立NVM的頁框管理機(jī)制，并為該系統(tǒng)上的操作提供簡單事務(wù)性接口，保證在宕機(jī)或斷電的情況下，頁框管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)的正確性。
　　2.針對(duì)高空間利用率和分配效率，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)多級(jí)空閑頁框管理機(jī)制，并設(shè)計(jì)適合的頁框分配原則。
　　3.考慮到NVM和DRAM讀寫能耗和讀寫速度的差距，提供有數(shù)據(jù)安全保證的頁面置換機(jī)制，以實(shí)現(xiàn)NVM和DRAM間頁