非易失性內(nèi)存的磨損均衡與管理優(yōu)化研究.pdf

1、近年來，隨著信息化、網(wǎng)絡化和智能化的快速發(fā)展，嵌入式終端已成為云計算、物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點以及大數(shù)據(jù)應用的重要元素。同時，其廣闊的應用前景也為嵌入式系統(tǒng)的存儲管理與設計帶來了新的挑戰(zhàn)。當前，作為嵌入式系統(tǒng)內(nèi)存的動態(tài)隨機存取存儲器（DRAM），因其在能耗、擴展性、可靠性方面的缺陷，而成為制約嵌入式系統(tǒng)發(fā)展的關鍵因素之一。因此，迫切需要新的替代技術來突破這個瓶頸。以相變存儲器為代表的新型非易失性存儲器技術，因其具有非易失性、低能耗、低延遲、高密度和易

2、擴展等優(yōu)勢，使突破“存儲墻”和“能耗墻”等重大問題變成可能，而得到國內(nèi)外學術界和工業(yè)界的高度重視。然而，由于目前新型非易失性存儲器普遍存在寫入耐久性低、多層單元性能低等缺陷，限制了其在內(nèi)存方面的廣泛應用。
　　為此，考慮到嵌入式系統(tǒng)面向特定應用且資源受限，本文首先就新型非易失性存儲器的壽命問題，進行了基于多倍存儲空間的磨損均衡研究。然后，為解決新型非易失性存儲器中多層單元性能低的問題，對狀態(tài)可變的新型非易失性存儲器磨損均衡進行了研

3、究。接下來，針對移動虛擬化環(huán)境中的存儲挑戰(zhàn)，開展終端虛擬化環(huán)境中基于非易失性內(nèi)存的管理研究。本文主要研究內(nèi)容如下：
　?、偾度胧匠绦蛴兄潭ǖ脑L問模式，大部分的寫操作通常集中于少數(shù)程序變量，這將加快非易失性內(nèi)存的磨損。對此，借助嵌入式程序的訪問特征，在軟件編譯層設計基于多倍存儲空間的磨損均衡技術。該技術結合多倍存儲空間技術，并根據(jù)程序變量的寫操作信息，在軟件編譯層為變量分配最佳的空間大小及地址，以實現(xiàn)非易失性存儲器的磨損均衡。

4、r>　?、谛滦头且资源鎯ζ鞯亩鄬訂卧哂休^高密集性的優(yōu)勢，同時也存在壽命短和性能低的缺陷。對此，借助嵌入式程序的訪問特征和多層單元的特性，在軟件編譯層設計了基于狀態(tài)可變的新型非易失性存儲器磨損均衡技術。該技術動態(tài)地配置新型非易失性存儲器上的單層單元和多層單元，并將延遲低和壽命較長的單層單元分配給頻繁進行寫操作的變量，以改善非易失性內(nèi)存的壽命和性能。
　?、劢K端虛擬化具有安全性、隔離性和低成本等優(yōu)勢，但其較高的內(nèi)存需求也給嵌入式系

5、統(tǒng)帶來了新的挑戰(zhàn)。對此，針對虛擬機的內(nèi)存需求和新型非易失性存儲器的特性，在移動虛擬化環(huán)境中設計了一個高效的單層單元和多層單元內(nèi)存頁分配策略。該策略構建了單個虛擬機內(nèi)的內(nèi)存動態(tài)分配模型和跨虛擬機的內(nèi)存分配模型，以滿足各虛擬機對內(nèi)存資源的差異化需求。
　　最后，針對上述優(yōu)化技術，本文采用相應的模擬器和嵌入式開發(fā)板進行實驗，實驗結果證實了上述技術能有效地提高嵌入式系統(tǒng)中新型非易失性內(nèi)存的壽命、狀態(tài)可變的新型非易失性內(nèi)存的壽命和性能，并能