【摘 要】
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近年来,随着大数据、云计算等领域的发展,数据处理规模越来越大,传统存储系统I/O瓶颈问题日趋严重。新型持久内存(Persistent Memory,PM)是一种可字节寻址、高存储密度、低延迟、低功耗的非易失存储介质,为解决I/O瓶颈问题提供了新思路。然而,持久内存普遍具有写耐久低的缺陷,严重影响其使用寿命。针对该问题,众多研究者提出磨损均衡的内存分配器,但都未充分考虑持久内存制程差异造成的耐久分布
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近年来,随着大数据、云计算等领域的发展,数据处理规模越来越大,传统存储系统I/O瓶颈问题日趋严重。新型持久内存(Persistent Memory,PM)是一种可字节寻址、高存储密度、低延迟、低功耗的非易失存储介质,为解决I/O瓶颈问题提供了新思路。然而,持久内存普遍具有写耐久低的缺陷,严重影响其使用寿命。针对该问题,众多研究者提出磨损均衡的内存分配器,但都未充分考虑持久内存制程差异造成的耐久分布不均特性,因此无法实现持久内存的均衡磨损。其次,持久内存分配器在设计和实现上面临空间开销和性能的挑战。针对上述问题,本文提出了一种制程差异感知的细粒度持久内存分配器(Process Variation Aware FineGrained Allocator,V-WAFA)以实现持久内存的磨损均衡,本文的主要研究成果是:(1)针对现有持久内存分配器未考虑制程差异造成的耐久分布不均问题,提出了多粒度的磨损均衡机制。该机制主要包含以下两个策略:1)多粒度的空间管理策略。基于持久内存耐久分布特性,采用页面间的空间管理以区分不同耐久的内存页面,采用页面内部的空间管理以划分耐久一致的内存单元。2)多粒度磨损均衡的空间分配策略。首先,在页面内部采用轮流分配策略以保持页内内存单元磨损次数均衡。其次,在页面间采用基于优先级的分配策略以保持页面间磨损率均衡。两者结合能实现持久内存的细粒度磨损均衡。(2)针对现有持久内存分配器在设计和实现上的空间开销和性能问题,提出了基于位图线的空间回收机制和高效的元数据更新机制。1)基于位图线的空间回收机制。该回收机制采用基于位图线的图着色算法记录分配空间大小,能有效减少其分配空间记录开销。同时,利用辅助数组优化了位图着色算法的性能。2)高效的元数据更新机制。在空闲空间不足时,采用空间换时间的优化算法更新页面可分配内存单元信息,使磨损均衡算法持续有效。其次,采用低开销的滑动窗口策略动态更新优先级和磨损率上界,使磨损均衡算法适应持久内存的老化。最后,本文将V-WAFA与四种主流的持久内存分配器进行对比。实验结果表明,通过在内存数据库Redis上运行标准工作负载,V-WAFA具有最优的细粒度磨损均衡效果,良好的性能和较小的空间开销。
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