基于混合內(nèi)存的系統(tǒng)級(jí)數(shù)據(jù)劃分策略研究.pdf

1、為了解決日益增長(zhǎng)的主存能耗問(wèn)題，以及滿足越來(lái)越高的主存容量需求，一種新型存儲(chǔ)技術(shù)相變存儲(chǔ)器（PCM，Phase Phase-Chage Memory）應(yīng)運(yùn)而生。PCM具有字節(jié)可尋址，高存儲(chǔ)密度和低能耗的諸多優(yōu)勢(shì)，成為了動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（DRAM，Dynamic Random Access Memory）的有力的替代技術(shù)。但是由于PCM的讀寫(xiě)不對(duì)稱(chēng)性以及有限的寫(xiě)入壽命，PCM目前尚無(wú)法完全取代DRAM主存的位置。于是，同時(shí)使用兩種存儲(chǔ)技

2、術(shù)的混合內(nèi)存架構(gòu)，是當(dāng)前主要的研究方向。對(duì)于將 DRAM和 PCM作為同級(jí)主存的混合內(nèi)存架構(gòu)來(lái)說(shuō)，面臨的最大挑戰(zhàn)就是如何劃分?jǐn)?shù)據(jù)。頁(yè)面劃分策略會(huì)直接影響到系統(tǒng)的平均訪存時(shí)間和PCM材料的壽命。
　　目前，對(duì)于這種混合內(nèi)存架構(gòu)頁(yè)面劃分策略的研究，普遍采用先對(duì)頁(yè)面進(jìn)行簡(jiǎn)單劃分，當(dāng)頁(yè)面表現(xiàn)出不符合預(yù)期的讀寫(xiě)時(shí)，再將頁(yè)面通過(guò)遷移的方式遷至不同的存儲(chǔ)器中，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)讀寫(xiě)操作分布的控制?；谶w移的劃分策略沒(méi)有考慮遷移操作本身的高成本以及遷移操作

3、帶來(lái)的額外寫(xiě)操作，這些遷移操作在很大程度上延長(zhǎng)到了系統(tǒng)的平均訪存時(shí)間并帶來(lái)了額外的能量開(kāi)銷(xiāo)。
　　首先，本文介紹了混合內(nèi)存頁(yè)面劃分策略的研究背景、研究意義以及國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，并介紹了所涉及的混合架構(gòu)及仿真器的相關(guān)技術(shù)。
　　其次，本文詳細(xì)分析了現(xiàn)有混合內(nèi)存劃分策略的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，并根據(jù)現(xiàn)有劃分策略具有問(wèn)題，提出了基于虛擬頁(yè)訪存行為的混合內(nèi)存頁(yè)面劃分策略（Virtual Page Behavior based Page Mana

4、gement Policy for Hybrid Main Memory, VPBM）。通過(guò)模擬器在云端獲取頁(yè)面的訪存行為數(shù)據(jù)，根據(jù)頁(yè)面的訪存行為數(shù)據(jù)來(lái)預(yù)測(cè)虛擬頁(yè)的訪存行為，對(duì)頁(yè)面直接進(jìn)行劃分。因?yàn)橄嗤M(jìn)程虛擬頁(yè)訪存行為在多次運(yùn)行中是相似的，通過(guò)歷史的訪存行為數(shù)據(jù)來(lái)分配頁(yè)面，可以避免程序運(yùn)行過(guò)程中進(jìn)行頁(yè)面遷移，提升系統(tǒng)效率和降低訪存能耗，延長(zhǎng)PCM壽命。
　　然后，本文針對(duì)多核多進(jìn)程并發(fā)的環(huán)境下 VBPM獲取訪存行為難度幾何倍數(shù)升

5、高的問(wèn)題，提出了一種通過(guò)單進(jìn)程訪存行為預(yù)測(cè)多進(jìn)程環(huán)境下訪存行為自適應(yīng)劃分策略。通過(guò)對(duì)頁(yè)面訪問(wèn)頻率的預(yù)測(cè)，來(lái)決定多進(jìn)程環(huán)境下頁(yè)面劃分與搶占的策略。在仿真器獲取的訪存行為數(shù)據(jù)足夠多的前提下，根據(jù)頁(yè)面已訪問(wèn)次數(shù)和預(yù)期訪問(wèn)次數(shù)的差值，可以計(jì)算出訪問(wèn)的偏差情況，根據(jù)預(yù)期訪問(wèn)頻率計(jì)算后的結(jié)果與競(jìng)爭(zhēng)頁(yè)面預(yù)期頻率的比較結(jié)果，來(lái)決定頁(yè)面的最終位置。這種自適應(yīng)劃分策略有效降低了多任務(wù)并發(fā)時(shí)模擬器仿真成本，提高了系統(tǒng)的整體效率。
　　最后，本文對(duì)所做工