面向新型非易失性存儲器的內存管理系統(tǒng)設計與實現.pdf

1、隨著云計算技術的不斷發(fā)展和規(guī)模的壯大，人們對存儲的要求越來越高，希望有高密度、高讀寫速度、低能耗的存儲介質。而傳統(tǒng)的DRAM、flash和磁盤等產品都有各自的缺陷，DRAM和flash存在著密度和容量的瓶頸，磁盤的讀寫速度遠遠達不到要求。隨著存儲技術的不斷發(fā)展，PCM、MRAM等新型非易失性存儲器（統(tǒng)稱為NVM）逐漸出現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，吸引了技術人員的廣泛關注。由于NVM自身的諸多特性，

2、許多原來的設計方案不再適合于它，需要重新設計。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。關于其替代方案，主要有兩種觀點，一是NVM完全替代DRAM；二是NVM和DRAM結合起來使用，即混合內存。而現有的技術基礎上，NVM仍存在一些缺陷（相對于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存上。
　　本文就是在混合

3、內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隨機讀寫的特性和存在著元數據空間開銷較大的缺陷。針對上述問題，本文設計并實現了一種針對NVM的低元數據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，本文還設計并實現了一種提供持久化保證的頁面置換機制，以減少N

4、VM寫操作。上述持久化頁框管理系統(tǒng)和頁面置換機制，主要有以下特點：
　　1.在操作系統(tǒng)內核層建立NVM的頁框管理機制，并為該系統(tǒng)上的操作提供簡單事務性接口，保證在宕機或斷電的情況下，頁框管理系統(tǒng)數據的正確性。
　　2.針對高空間利用率和分配效率，設計并實現多級空閑頁框管理機制，并設計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，提供有數據安全保證的頁面置換機制，以實現NVM和DRAM間頁