本文關(guān)鍵詞：混合主存感知的末級(jí)緩存管理策略研究

  更多相關(guān)文章： 非易失性存儲(chǔ)器 混合主存 緩存 管理策略 寫(xiě)回

【摘要】：由于當(dāng)前嵌入式系統(tǒng)運(yùn)行的應(yīng)用程序越來(lái)越復(fù)雜和強(qiáng)大,基于SRAM/DRAM的存儲(chǔ)系統(tǒng)逐漸成為了系統(tǒng)能耗和擴(kuò)展性的瓶頸。最近出現(xiàn)的新型非易失性存儲(chǔ)器,包括自旋矩傳輸磁存儲(chǔ)器(STT-MRAM)、阻變存儲(chǔ)器ReRAM和相變存儲(chǔ)器(PCM),被認(rèn)為是下一代存儲(chǔ)體系中非常有競(jìng)爭(zhēng)力的一種存儲(chǔ)器。和傳統(tǒng)的存儲(chǔ)器相比,NVM具有高密度、低靜態(tài)功耗和非易失性的特點(diǎn)。然而,目前NVM由于其本身的物理特性,導(dǎo)致其訪問(wèn)延遲較長(zhǎng)和動(dòng)態(tài)功耗較高,尤其是寫(xiě)操作。為了綜合利用不同存儲(chǔ)器的優(yōu)良特性,基于DRAM和NVM的混合存儲(chǔ)架構(gòu)已經(jīng)被提出來(lái)了,被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)高性能和低能耗計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的一種有效解決途徑。通常,目前研究的混合存儲(chǔ)架構(gòu)類型可分為兩種：(i)使用容量較小且被硬件控制的DRAM作為完全由NVM構(gòu)成的主存系統(tǒng)的一個(gè)緩沖區(qū)；(ii) DRAM和NVM處于同一存儲(chǔ)層次,共同構(gòu)成系統(tǒng)的主存空間。本文的研究基于第二種,稱之為混合主存架構(gòu)�；旌现鞔婕軜�(gòu)的最終目標(biāo)就是通過(guò)有效利用DRAM較低的寫(xiě)延遲和NVM高密度以及低靜態(tài)功耗等各自優(yōu)良的特性,以便提高系統(tǒng)的性能和降低能耗。為了上述目標(biāo),目前大多數(shù)針對(duì)混合主存架構(gòu)的研究都集中于通過(guò)不同的主存管理策略在DRAM和NVM空間之間進(jìn)行動(dòng)態(tài)的頁(yè)面遷移。然而,在普遍具有緩存Cache的現(xiàn)代處理器中,如果Cache是通過(guò)物理地址進(jìn)行訪問(wèn),在混合主存架構(gòu)中實(shí)現(xiàn)DRAM和NVM的不同存儲(chǔ)空間數(shù)據(jù)的遷移需要付出很大的代價(jià),其不僅需要主存不同存儲(chǔ)空間數(shù)據(jù)的拷貝而且也需要對(duì)Cache進(jìn)行更新操作。實(shí)際上,緩存Cache管理策略不僅決定了Cache發(fā)生缺失和對(duì)主存訪問(wèn)的數(shù)目,同時(shí)對(duì)單獨(dú)主存塊數(shù)據(jù)的缺失率也有較大影響。因此,在混合主存系統(tǒng)中,通過(guò)設(shè)計(jì)相應(yīng)的緩存Cache管理策略可以比較高效地對(duì)DRAM數(shù)據(jù)和NVM數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)操作數(shù)目進(jìn)行控制。但是,當(dāng)前普遍使用的緩存Cache管理策略LRU并沒(méi)有意識(shí)到NVM的操作(特別是寫(xiě)操作)和DRAM操作之間對(duì)系統(tǒng)性能影響的差異,因此不是一個(gè)最好的緩存管理策略設(shè)計(jì)。目前,針對(duì)混合存儲(chǔ)架構(gòu)設(shè)計(jì)的緩存管理策略僅有一個(gè)通過(guò)為DRAM和NVM劃分不同緩存空間進(jìn)行設(shè)計(jì)的緩存管理策略HAP。HAP分別使用DRAM和NVM的讀延遲作為相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)發(fā)生缺失時(shí)的代價(jià)值。然而,本文通過(guò)相關(guān)實(shí)驗(yàn)表明,由于NVM較長(zhǎng)的寫(xiě)延遲和較高的寫(xiě)能耗,從末級(jí)緩存LLC中被替換出的臟數(shù)據(jù)引起的寫(xiě)操作對(duì)系統(tǒng)的影響也很大,其也應(yīng)該在緩存管理策略設(shè)計(jì)時(shí)加以考慮。本論文為獲得高性能和低能耗的混合存儲(chǔ)架構(gòu)設(shè)計(jì),提出了一種基于寫(xiě)回感知的共享末級(jí)緩存管理策略WBAR。簡(jiǎn)而言之,本論文設(shè)計(jì)的WBAR是一種基于LRU的變型,控制邏輯相對(duì)簡(jiǎn)單,易于實(shí)現(xiàn)。WBAR是以相應(yīng)數(shù)據(jù)塊被替換出去所造成的代價(jià)為依據(jù)決定數(shù)據(jù)塊的相應(yīng)位置,而不是如LRU,新插入的或被訪問(wèn)命中數(shù)據(jù)塊都被放入到最高優(yōu)先級(jí)的位置MRU。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明本文提出的緩存管理策略相比于LRU和HAP,在性能和能耗上都有較大的改善。
【關(guān)鍵詞】：非易失性存儲(chǔ)器 混合主存 緩存 管理策略 寫(xiě)回
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP333
【目錄】：

• 摘要8-10
• ABSTRACT10-12
• 第一章 緒論12-17
• 1.1 課題研究背景及意義12-14
• 1.2 本文的主要工作14-15
• 1.3 本文的章節(jié)安排15-17
• 第二章 相關(guān)背景及研究現(xiàn)狀17-27
• 2.1 主存17-20
• 2.1.1 主存工作機(jī)制17-18
• 2.1.2 NVM的相關(guān)特性帶來(lái)的機(jī)遇與挑戰(zhàn)18-19
• 2.1.3 針對(duì)NVM主存的研究現(xiàn)狀19-20
• 2.2 緩存20-26
• 2.2.1 緩存工作原理20-23
• 2.2.2 針對(duì)末級(jí)緩存的研究現(xiàn)狀23-26
• 2.3 本章小結(jié)26-27
• 第三章 混合主存與緩存間關(guān)系的研究27-32
• 3.1 系統(tǒng)整體架構(gòu)27-28
• 3.2 缺失代價(jià)差異明顯28-29
• 3.3 NVM和DRAM對(duì)緩存資源的競(jìng)爭(zhēng)29-30
• 3.4 NVM數(shù)據(jù)寫(xiě)回的影響30-31
• 3.5 本章總結(jié)31-32
• 第四章 混合主存架構(gòu)下緩存管理策略設(shè)計(jì)32-40
• 4.1 末級(jí)緩存行為分析32-35
• 4.2 寫(xiě)回感知的末級(jí)緩存管理策略設(shè)計(jì)35-38
• 4.3 本章小結(jié)38-40
• 第五章 實(shí)驗(yàn)環(huán)境以及結(jié)果分析40-48
• 5.1 實(shí)驗(yàn)環(huán)境配置40-41
• 5.2 工作集41-42
• 5.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析42-46
• 5.3.1 性能比較42-45
• 5.3.2 能耗比較45-46
• 5.4 代價(jià)分析46-47
• 5.5 本章小結(jié)47-48
• 第六章 總結(jié)與展望48-50
• 6.1 工作總結(jié)48-49
• 6.2 研究展望49-50
• 參考文獻(xiàn)50-55
• 致謝55-56
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的主要學(xué)術(shù)論文56-57
• 攻讀學(xué)位期間參與科研項(xiàng)目及獲獎(jiǎng)情況57-58
• 學(xué)位論文評(píng)閱及答辯情況表58

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中國(guó)重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前2條

1 司成祥;孟曉p，

本文編號(hào)：935529