基于时间戳的持久性软件事务内存可扩展性研究

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新兴的非易失性内存(Non-volatile Memory,NVM)提供了许多良好的特性,包括字节寻址、持久性、大容量和低功耗等,基于这些特性,NVM在未来将会有广阔的应用场景。但是,基于NVM的编程往往比较复杂,特别是面对当前普遍存在的多核环境,用户既要保证数据的崩溃一致性又要保证并发的正确性。为了解决这个问题,结合持久性和传统事务内存,研究人员提出了持久性事务内存解决方案。按照实现方式的不同,持久性事务内存可以分为两类:基于硬件辅助的持久性事务内存和持久性软件事务内存。持久性软件事务内存由于不依赖具体的硬件,因此具有很好的兼容性,但是其扩展性受到了一定的制约。针对这个问题,测试分析了影响持久性软件事务内存扩展性的因素,发现全局逻辑时钟以及冗余的NVM写操作严重制约了其扩展性。为了消除这两个因素对扩展性的影响:提出了线程逻辑时钟方法,通过允许每个线程拥有一个独立的时钟,消除了全局逻辑时钟中心化的问题;提出了缓存行感知的双版本方法,当更新数据时直接覆盖较旧的版本,在崩溃时使用较新的版本来恢复数据,从而消除冗余的NVM写操作。并且基于这两个方法,实现了一个基于时间戳的持久性软件事务内存(Scalable Durable Transactional Memory,SDTM)。在对线程逻辑时钟方法和缓存行感知的双版本方法进行了有效性测试基础上,基于SDTM实现了三种不同的并发且持久性的数据结构,并使用不同读写比例的负载进行测试,与DudeTM和PMDK相比,其吞吐量最多分别提高了39倍和146倍。另外,采用YCSB产生的真实负载对基于SDTM实现的B+树进行了测试,测试结果显示,和DudeTM和PMDK相比,其吞吐量最多分别提高了2.8倍和29倍。
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