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

1、為了解決日益增長的主存能耗問題，以及滿足越來越高的主存容量需求，一種新型存儲技術(shù)相變存儲器（PCM，Phase Phase-Chage Memory）應(yīng)運(yùn)而生。PCM具有字節(jié)可尋址，高存儲密度和低能耗的諸多優(yōu)勢，成為了動態(tài)隨機(jī)存取存儲器（DRAM，Dynamic Random Access Memory）的有力的替代技術(shù)。但是由于PCM的讀寫不對稱性以及有限的寫入壽命，PCM目前尚無法完全取代DRAM主存的位置。于是，同時使用兩種存儲技

2、術(shù)的混合內(nèi)存架構(gòu)，是當(dāng)前主要的研究方向。對于將 DRAM和 PCM作為同級主存的混合內(nèi)存架構(gòu)來說，面臨的最大挑戰(zhàn)就是如何劃分?jǐn)?shù)據(jù)。頁面劃分策略會直接影響到系統(tǒng)的平均訪存時間和PCM材料的壽命。
　　目前，對于這種混合內(nèi)存架構(gòu)頁面劃分策略的研究，普遍采用先對頁面進(jìn)行簡單劃分，當(dāng)頁面表現(xiàn)出不符合預(yù)期的讀寫時，再將頁面通過遷移的方式遷至不同的存儲器中，來實現(xiàn)對讀寫操作分布的控制?；谶w移的劃分策略沒有考慮遷移操作本身的高成本以及遷移操作

3、帶來的額外寫操作，這些遷移操作在很大程度上延長到了系統(tǒng)的平均訪存時間并帶來了額外的能量開銷。
　　首先，本文介紹了混合內(nèi)存頁面劃分策略的研究背景、研究意義以及國內(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)點和缺點，并根據(jù)現(xiàn)有劃分策略具有問題，提出了基于虛擬頁訪存行為的混合內(nèi)存頁面劃分策略（Virtual Page Behavior based Page Mana

4、gement Policy for Hybrid Main Memory, VPBM）。通過模擬器在云端獲取頁面的訪存行為數(shù)據(jù)，根據(jù)頁面的訪存行為數(shù)據(jù)來預(yù)測虛擬頁的訪存行為，對頁面直接進(jìn)行劃分。因為相同進(jìn)程虛擬頁訪存行為在多次運(yùn)行中是相似的，通過歷史的訪存行為數(shù)據(jù)來分配頁面，可以避免程序運(yùn)行過程中進(jìn)行頁面遷移，提升系統(tǒng)效率和降低訪存能耗，延長PCM壽命。
　　然后，本文針對多核多進(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、高的問題，提出了一種通過單進(jìn)程訪存行為預(yù)測多進(jìn)程環(huán)境下訪存行為自適應(yīng)劃分策略。通過對頁面訪問頻率的預(yù)測，來決定多進(jìn)程環(huán)境下頁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)頁面已訪問次數(shù)和預(yù)期訪問次數(shù)的差值，可以計算出訪問的偏差情況，根據(jù)預(yù)期訪問頻率計算后的結(jié)果與競爭頁面預(yù)期頻率的比較結(jié)果，來決定頁面的最終位置。這種自適應(yīng)劃分策略有效降低了多任務(wù)并發(fā)時模擬器仿真成本，提高了系統(tǒng)的整體效率。
　　最后，本文對所做工