發(fā)布時(shí)間：2018-05-06 02:16

  本文選題：存儲(chǔ)類內(nèi)存 + 模擬器��； 參考：《國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)》2013年碩士論文

【摘要】：存儲(chǔ)類內(nèi)存從08年IBM提出以來,越來越受到科學(xué)研究領(lǐng)域和存儲(chǔ)設(shè)備生產(chǎn)廠商的關(guān)注。存儲(chǔ)類內(nèi)存具有低功耗,非易失,存儲(chǔ)密度大,每位價(jià)格低的特性,研究人員預(yù)測(cè),存儲(chǔ)類內(nèi)存將成為未來的主要存儲(chǔ)設(shè)備,同時(shí)將對(duì)計(jì)算機(jī)科學(xué)的多個(gè)研究領(lǐng)域帶來變革。目前以超級(jí)計(jì)算機(jī)為代表的高性能計(jì)算機(jī)發(fā)展有三大主要趨勢(shì),一是系統(tǒng)計(jì)算速度不斷增大,二是系統(tǒng)能耗進(jìn)一步提升,三是系統(tǒng)可靠性不斷下降。隨著計(jì)算機(jī)核心數(shù)目不斷增加,越來越多的計(jì)算核心要求系統(tǒng)有更高的散熱性能,這進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的功耗。而由于系統(tǒng)運(yùn)算能力提升,要求更高的I/O能力來提供計(jì)算所需的數(shù)據(jù),如果采用傳統(tǒng)存儲(chǔ)介質(zhì),不僅存在需要更多磁盤的問題,而且由于磁盤數(shù)目的增多,磁盤的帶電功耗將帶了新一輪的功耗上升。新型存儲(chǔ)類內(nèi)存具有低功耗,高存儲(chǔ)密度,低每位價(jià)格的特性,同時(shí)無帶電功耗,可以很好解決高功耗問題。還要注意到的是,隨著計(jì)算機(jī)系統(tǒng)核心數(shù)目增加,系統(tǒng)的可靠性也不斷下降,目前大規(guī)模系統(tǒng)的MTBF都在小時(shí)級(jí)別。而很多大規(guī)模應(yīng)用所需的執(zhí)行時(shí)間往往超過這個(gè)時(shí)間,目前大規(guī)模應(yīng)用應(yīng)對(duì)這個(gè)問題采用的檢查點(diǎn)重啟方法,但是檢查點(diǎn)重啟方法的可擴(kuò)展性非常有限,隨著系統(tǒng)規(guī)模擴(kuò)大,檢查點(diǎn)重啟容錯(cuò)帶來的開銷呈指數(shù)增長(zhǎng),100,000個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)的超級(jí)計(jì)算機(jī)中,只有35%的時(shí)間用于計(jì)算,而剩余65%的時(shí)間將用于檢查點(diǎn)操作。新型存儲(chǔ)類內(nèi)存的出現(xiàn)解決了這個(gè)問題,由于存儲(chǔ)類內(nèi)存的非易失特性,當(dāng)應(yīng)用運(yùn)行在存儲(chǔ)類內(nèi)存上時(shí),如果系統(tǒng)其它部件發(fā)生錯(cuò)誤導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰,應(yīng)用存儲(chǔ)在存儲(chǔ)類內(nèi)存上的數(shù)據(jù)不會(huì)丟失,可以在系統(tǒng)重啟時(shí)繼續(xù)上次程序的執(zhí)行。這樣就很好的解決了系統(tǒng)可靠性問題。綜上所述,存儲(chǔ)類內(nèi)存的出現(xiàn)能夠很好的克服在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)性能不斷提升過程中遇到的高功耗和可靠性瓶頸,而要達(dá)到上面所分析的目的,必須通過系統(tǒng)研究者將存儲(chǔ)類內(nèi)存很好的結(jié)合進(jìn)入目前的計(jì)算機(jī)系統(tǒng),尤其在軟件層次,目前系統(tǒng)中的軟件棧都是面向易失內(nèi)存和非易失的磁盤存儲(chǔ)設(shè)計(jì)的,而沒有能夠充分利用新型存儲(chǔ)類內(nèi)存的特性。系統(tǒng)開發(fā)者迫切需要針對(duì)存儲(chǔ)類內(nèi)存重新設(shè)計(jì)軟件棧,而目前市場(chǎng)上沒有存儲(chǔ)類內(nèi)存的樣片,這阻礙了新型存儲(chǔ)類主存的研究。使得開發(fā)者被迫采用少數(shù)科研機(jī)構(gòu)發(fā)布的靜態(tài)數(shù)據(jù)結(jié)合采用其他類型的模擬器進(jìn)行研究。然而這樣的靜態(tài)數(shù)據(jù)結(jié)合其他模擬器并不能夠真實(shí)模擬系統(tǒng)運(yùn)行中的訪存軌跡,并且不能夠支持在模擬的同時(shí)對(duì)軟件層次的調(diào)試工作。為了解決上面提到的問題,通過分析實(shí)際軟件調(diào)試中需要用到的存儲(chǔ)類內(nèi)存特性,我們?cè)O(shè)計(jì)了存儲(chǔ)類內(nèi)存模擬器SCM-BSIM,在支持模擬存儲(chǔ)類內(nèi)存的同時(shí)支持全系統(tǒng)模擬,為存儲(chǔ)類內(nèi)存相關(guān)的系統(tǒng)軟件開發(fā)提供了支持。在這個(gè)基礎(chǔ)上,我們針對(duì)K-means算法的具體應(yīng)用,利用存儲(chǔ)類內(nèi)存進(jìn)行容錯(cuò),并測(cè)試了算法的容錯(cuò)性能。具體內(nèi)容如下:(1)研究分析了傳統(tǒng)存儲(chǔ)介質(zhì)未來的發(fā)展趨勢(shì),將磁盤和flash與新型存儲(chǔ)類內(nèi)存進(jìn)行了對(duì)比,同時(shí)對(duì)存儲(chǔ)類內(nèi)存的不同實(shí)現(xiàn)技術(shù)進(jìn)行了研究,對(duì)目前學(xué)術(shù)界對(duì)存儲(chǔ)類內(nèi)存的研究現(xiàn)狀以體系結(jié)構(gòu)層次為劃分做出了總結(jié)。(2)針對(duì)目前存儲(chǔ)類內(nèi)存相關(guān)系統(tǒng)軟件的研究困難,我們?cè)O(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了存儲(chǔ)類內(nèi)存模擬器,對(duì)存儲(chǔ)類內(nèi)存的非易失性,讀寫訪問特性,以及有限耐久度特性進(jìn)行了模擬。(3)針對(duì)存儲(chǔ)類內(nèi)存模擬器的性能問題進(jìn)行優(yōu)化和分析,針對(duì)數(shù)據(jù)同步性能開銷過大的問題,首先我們通過改變數(shù)據(jù)同步時(shí)機(jī),減少了讀操作時(shí)的同步開銷,將系統(tǒng)性能提升近50%,其次我們通過對(duì)不同同步方法的測(cè)試實(shí)驗(yàn),選用內(nèi)存映射方式進(jìn)行同步,減小性能開銷,第三,為減小每次同步時(shí)都需要內(nèi)存映射的開銷,我們?cè)趩?dòng)時(shí)將客戶系統(tǒng)內(nèi)存指向我們內(nèi)存副本內(nèi)存映射位置,由系統(tǒng)調(diào)度同步。第四,我們提出采用新型內(nèi)存分配器提高性能的進(jìn)一步改進(jìn)思路。(4)通過利用存儲(chǔ)類內(nèi)存的非易失特性,對(duì)K-means算法進(jìn)行容錯(cuò)支持,并對(duì)這種新型容錯(cuò)方法進(jìn)行了理論分析和具體實(shí)驗(yàn)測(cè)試,測(cè)試結(jié)果顯示比使用檢查點(diǎn)重啟算法減少了10.4%的時(shí)間開銷。
[Abstract]:The storage class memory has the characteristics of low power consumption , non - volatile memory density , high storage density and low cost . ( 3 ) To optimize and analyze the performance problem of storage - class memory simulator , aiming at the problem that data synchronization performance overhead is too large , firstly , by changing the timing of data synchronization , we reduce the synchronization overhead in the read operation , improve the performance of the system by nearly 50 % , and then , by using the non - volatile characteristics of the memory , we propose a new idea to improve the performance of the new memory allocator .

【學(xué)位授予單位】：國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：TP333
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本文編號(hào)：1850332