軟硬件協(xié)同管理的異構(gòu)內(nèi)存緩存機(jī)制.pdf

1、隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，動(dòng)態(tài)隨機(jī)訪問(wèn)存儲(chǔ)器因功耗和工藝限制，已經(jīng)無(wú)法滿足應(yīng)用越來(lái)越大的內(nèi)存需求。異構(gòu)內(nèi)存系統(tǒng)同時(shí)利用非易失性存儲(chǔ)器大容量?jī)?yōu)勢(shì)和動(dòng)態(tài)隨機(jī)訪問(wèn)存儲(chǔ)器低訪問(wèn)時(shí)延、低寫(xiě)能耗、壽命長(zhǎng)的特征來(lái)滿足應(yīng)用大內(nèi)存需求并提升系統(tǒng)性能，為促進(jìn)計(jì)算機(jī)應(yīng)用的發(fā)展帶來(lái)了新契機(jī)。當(dāng)前異構(gòu)內(nèi)存系統(tǒng)主要采用按需的數(shù)據(jù)緩存機(jī)制，但這種緩存機(jī)制沒(méi)考慮非易失性存儲(chǔ)器讀寫(xiě)性能不對(duì)稱特征且存在硬件復(fù)雜度高、存儲(chǔ)開(kāi)銷大、可擴(kuò)展性有限、緩存利用效率低等挑戰(zhàn)，并不適用

2、于異構(gòu)內(nèi)存系統(tǒng)。
　　軟硬件協(xié)同管理的異構(gòu)內(nèi)存系統(tǒng)（HSCC）實(shí)現(xiàn)了基于效用的數(shù)據(jù)緩存機(jī)制，該機(jī)制僅將非易失性內(nèi)存中的熱頁(yè)取入動(dòng)態(tài)隨機(jī)訪問(wèn)存儲(chǔ)器構(gòu)成的緩存中，解決了緩存污染問(wèn)題。為了進(jìn)一步提升緩存利用效率，HSCC在基于效用的數(shù)據(jù)緩存機(jī)制基礎(chǔ)上提出基于爬山算法的緩存閾值動(dòng)態(tài)調(diào)整策略和基于多級(jí)隊(duì)列算法的內(nèi)存頁(yè)面熱度監(jiān)測(cè)策略：前者使用爬山算法動(dòng)態(tài)調(diào)整緩存閾值，保證系統(tǒng)充分利用緩存的同時(shí)盡量減少緩存回收造成的性能開(kāi)銷；后者使用多級(jí)隊(duì)列算

3、法更新頁(yè)面熱度信息，提升了內(nèi)存頁(yè)面熱度監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確度。此外，HSCC在頁(yè)表和TLB中建立主存到緩存的映射，消除了復(fù)雜的硬件開(kāi)銷和巨大的存儲(chǔ)開(kāi)銷，將基于效用的數(shù)據(jù)緩存機(jī)制的實(shí)現(xiàn)提升到軟件層次，增強(qiáng)了系統(tǒng)可擴(kuò)展性。
　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，相較于采用按需數(shù)據(jù)緩存機(jī)制的傳統(tǒng)異構(gòu)內(nèi)存系統(tǒng)，HSCC在性能、能耗以及系統(tǒng)開(kāi)銷等方面都表現(xiàn)出很大優(yōu)勢(shì)，性能平均提升65.7％，能耗效率提升0.432倍，性能開(kāi)銷降低42.72%。此外，HSCC還通過(guò)減少對(duì)非