本文關(guān)鍵詞：基于NVM的寫操作優(yōu)化策略研究與設(shè)計

  更多相關(guān)文章： NVM MinFS 翻轉(zhuǎn) 移位 使用壽命

【摘要】：為了緩和CPU到主存再到外存的速度差異,現(xiàn)有的存儲架構(gòu)一直延續(xù)最初的分層架構(gòu)：cache、主存和外存從高到低,速度也從快到慢,但是,伴隨著海量數(shù)據(jù)存儲與大規(guī)模并行計算的應(yīng)用場景越來越廣泛,存儲器性能亟待提升,無論是外存還是主存,從存儲結(jié)構(gòu)到存儲介質(zhì)都面臨著新興技術(shù)的挑戰(zhàn)。外存方面,以NandFlash作為存儲介質(zhì)的SSD (Solid State Disk)已經(jīng)取得了良好的戰(zhàn)績并在不斷提升性能擴大戰(zhàn)果；主存方面,生產(chǎn)領(lǐng)域不斷的研究新的工藝來提升DRAM的存儲密度,近幾年來效果不佳；學(xué)術(shù)領(lǐng)域則將目光轉(zhuǎn)向?qū)ふ倚碌拇鎯橘|(zhì)來替代傳統(tǒng)的DRAM。新興的非易失性存儲介質(zhì)NVM (Non-Volatile Memory,如PCM-相變存儲器[34]、STT-RAM-自旋存儲器、FeRAM-鐵電存儲器等)具有很多吸引人的特性,如掉電非易失、高密度、可字節(jié)尋址、高抗沖擊性、低能耗和出色的可擴展性。此外,NVM相比DRAM有著極低的空閑能耗而存儲密度更高。因此,NVM越來越流行,在眾多系統(tǒng)中都紛紛采用,它不僅可以作為輔存,也可以作為嵌入式系統(tǒng)的主存,而且有大量的技術(shù)已經(jīng)提出利用NVM取代傳統(tǒng)的DRAM作為計算機主存。但是,NVM自身也有著兩個明顯的缺陷：1)NVM的寫入/擦除周期數(shù)量有限(例如,相變存儲器-PCM周期數(shù)只有109次)；2)NVM需要更長的寫操作時間和更高的寫操作能耗(例如,PCM的讀操作時間為50ns,而寫操作時間為200ns)。如果能夠針對這些問題找到解決辦法,對于NVM的推廣將起著至關(guān)重要的影響。為了解決這些問題,大量的研究工作致力于減少NVM的寫操作,但是大多數(shù)技術(shù)在減少寫操作的同時也增加了可觀的額外消耗,在本文中,我們提出了MinFS,一種利用增加比特翻轉(zhuǎn)標(biāo)記和移位標(biāo)記來最小化更新比特位數(shù)的NVM寫策略。類似Flip-N-Write和Min-Shift,每個NVM寫單元有一個額外的比特位翻轉(zhuǎn)標(biāo)志來記錄該單元的相關(guān)的數(shù)據(jù)是否經(jīng)過了翻轉(zhuǎn)操作和幾個移位標(biāo)志來記錄數(shù)據(jù)循環(huán)右移的位數(shù)。當(dāng)一個寫請求到達(dá)時,該MinFS策略首先計算新數(shù)據(jù)對應(yīng)的所有可能的編碼數(shù)據(jù)和讀取舊的數(shù)據(jù)。然后,MinFS計算所有的編碼數(shù)據(jù)和舊數(shù)據(jù)之間的海明距離,其中包括所使用的翻轉(zhuǎn)標(biāo)記位和移位標(biāo)記位。擁有最小海明距離的編碼數(shù)據(jù)被選為最優(yōu)結(jié)果寫入NVM單元。該方案可以找到所有要寫數(shù)據(jù)和原始數(shù)據(jù)之間的最小距離以達(dá)到最大程度的減少更新的數(shù)據(jù)位數(shù)。MinFS通過付出讀取、計算和比較的成本來找到擁有最少更新數(shù)據(jù)位的編碼數(shù)據(jù)。我們開發(fā)了一個以跟蹤數(shù)據(jù)文件為驅(qū)動的工具來評估我們提出的方案,我們使用了隨機數(shù)據(jù)和基準(zhǔn)程序兩組實例。實驗結(jié)果表明,MinFS方案相比Flip-N-Write和Min-Shift在平均更新數(shù)據(jù)位方面分別降低了8.2%和5.7%。本篇論文從優(yōu)化編碼方式的角度出發(fā)提出了一種延長NVM使用壽命的策略,對于NVM的推廣有著重要的現(xiàn)實意義,對于以后相關(guān)領(lǐng)域的理論研究有著借鑒意義。
【關(guān)鍵詞】：NVM MinFS 翻轉(zhuǎn) 移位 使用壽命
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP333
【目錄】：

• 摘要8-10
• ABSTRACT10-12
• 第1章 緒論12-19
• 1.1 背景介紹12-13
• 1.2 研究現(xiàn)狀13-17
• 1.2.1 NVM做輔存研究13-14
• 1.2.2 NVM做主存研究14-17
• 1.3 研究意義17
• 1.4 論文組織結(jié)構(gòu)17-19
• 第2章 基于NVM主存的性能優(yōu)化19-28
• 2.1 基于NVM的主存架構(gòu)19-20
• 2.2 NVM性能優(yōu)化策略介紹20-25
• 2.2.1 基于NVM組織架構(gòu)的優(yōu)化20-21
• 2.2.2 通過寫操作的特性21-22
• 2.2.3 通過對寫入數(shù)據(jù)的重新編碼22-24
• 2.2.4 通過糾錯機制24-25
• 2.3 延長NVM使用周期策略25-26
• 2.3.1 混合式主存管理25-26
• 2.3.2 延遲回寫策略26
• 2.3.3 行級回寫策略26
• 2.4 小結(jié)26-28
• 第3章 MinFS策略28-40
• 3.1 MinFS策略主要思想28-29
• 3.2 算法介紹29-31
• 3.3 實例分析31-32
• 3.4 字長對翻轉(zhuǎn)位數(shù)的影響32-33
• 3.5 性能分析及對比33-36
• 3.5.1 翻轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)實例對比33-34
• 3.5.2 翻轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)理論對比34-35
• 3.5.3 開銷分析35-36
• 3.6 硬件實現(xiàn)36-37
• 3.7 MinFS策略擴展37-39
• 3.7.1 PCM特性簡介37
• 3.7.2 MinFS加快PCM寫操作37-39
• 3.7.3 MinFS優(yōu)化PCM寫能耗39
• 3.8 小結(jié)39-40
• 第4章 實驗數(shù)據(jù)40-50
• 4.1 實驗設(shè)置40-41
• 4.2 C#模擬器及內(nèi)部實現(xiàn)41-46
• 4.3 翻轉(zhuǎn)位數(shù)對比46-48
• 4.4 寫操作時間對比48-49
• 4.5 小結(jié)49-50
• 第5章 總結(jié)與展望50-52
• 5.1 總結(jié)50-51
• 5.2 課題展望51-52
• 參考文獻(xiàn)52-57
• 致謝57-58
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的主要學(xué)術(shù)論文58-59
• 學(xué)位論文評閱及答辯情況表59

【相似文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 張健;;記錄存儲介質(zhì)在電視臺的選擇與應(yīng)用[J];內(nèi)蒙古廣播與電視技術(shù);2013年01期

2 王微;;長期保存的電子存儲介質(zhì)的相關(guān)國際研究[J];數(shù)字與縮微影像;2013年03期

3 ;數(shù)據(jù)資料存儲介質(zhì)比較[J];情報學(xué)刊;1987年01期

4 安迪;;關(guān)于存儲介質(zhì)的進(jìn)化[J];數(shù)碼影像時代;2013年12期

5 劉碩瑩,馮寧;幾種新數(shù)字化存儲介質(zhì)的性能比較[J];中國檔案;2002年01期

6 陳夏潔,周樊華;多媒體信息存儲介質(zhì)及其應(yīng)用[J];出版與印刷;2002年03期

7 鄒藝方;;信息存儲介質(zhì)應(yīng)用技術(shù)淺析[J];有線電視技術(shù);2007年10期

8 陳浩;關(guān)巍;;加強計算機存儲介質(zhì)的安全管理[J];高師理科學(xué)刊;2010年03期

9 楊建勛;;存儲介質(zhì)在教育系統(tǒng)中的應(yīng)用[J];信息記錄材料;2010年04期

10 申劍;;淺析廣播電視方面存儲介質(zhì)及發(fā)展[J];科技創(chuàng)新與應(yīng)用;2012年19期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 徐儉;;數(shù)字化節(jié)目庫應(yīng)選擇DVD光盤[A];中國電影電視技術(shù)學(xué)會影視科技論文集[C];2002年

2 徐浩;;WORM技術(shù)及其在醫(yī)院中的應(yīng)用[A];中華醫(yī)學(xué)會醫(yī)學(xué)工程學(xué)分會第八次學(xué)術(shù)年會暨《醫(yī)療設(shè)備信息》創(chuàng)刊20周年慶祝會論文集[C];2006年

中國重要報紙全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 王磊;保密安全做于細(xì)而成于嚴(yán)[N];邊防警察報;2008年

2 佟樂;拯救“存儲介質(zhì)安全”[N];網(wǎng)絡(luò)世界;2008年

3 萊茵;存儲技術(shù)顯現(xiàn)顛覆產(chǎn)品[N];中國證券報;2006年

4 陳志剛　魏立武;光盤郵寄照片 家屬代為辦理[N];人民公安報;2007年

5 南橡;哪種數(shù)碼照片存儲介質(zhì)更適合[N];中國消費者報;2007年

6 劉軍 胡曉偉 肖旭;5項措施筑牢安全“防火墻”[N];戰(zhàn)士報;2008年

7 ;涉密終端和存儲介質(zhì)安全防護(hù)系統(tǒng)[N];中國計算機報;2008年

8 馬哲;便捷與擴充性得兼[N];中國電腦教育報;2002年

9 周童;與時俱進(jìn)的MP4[N];計算機世界;2007年

10 劉菁菁;2008 DV市場存儲介質(zhì)之爭風(fēng)云再起[N];計算機世界;2008年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 薛面強;廢舊電腦中存儲介質(zhì)的信息安全銷毀與資源化[D];上海交通大學(xué);2015年

2 付申成;鍵裂解型有機全息存儲介質(zhì)的光電特性研究[D];長春理工大學(xué);2010年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前5條

1 董偉;基于NVM的寫操作優(yōu)化策略研究與設(shè)計[D];山東大學(xué);2016年

2 紀(jì)帥;郵寄包裝內(nèi)部存儲介質(zhì)識別方法研究[D];東北大學(xué);2013年

3 嚴(yán)翔翔;有機—金屬復(fù)合光存儲介質(zhì)及形狀可控CuSCN顆粒的研究[D];復(fù)旦大學(xué);2012年

4 王密;可錄光盤存儲介質(zhì)的合成及其耐光性研究[D];天津理工大學(xué);2005年

5 王r，

本文編號：774690