本文關(guān)鍵詞：混合存儲架構(gòu)的自適應(yīng)頁面管理算法研究

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【摘要】：近年來,超大規(guī)模集成電路的迅速發(fā)展使處理器的性能得到顯著提升。并行計算、分布式計算、云計算等技術(shù)的逐漸成熟,計算機信息處理能力已經(jīng)足夠強大。然而,隨著大數(shù)據(jù)時代的來臨,計算機存儲系統(tǒng)存在的各類問題卻日漸突出,如傳統(tǒng)DRAM主存靜態(tài)功耗大,集成度低等問題已經(jīng)成為限制現(xiàn)代計算機系統(tǒng)發(fā)展的主要瓶頸之一。非易失性存儲器(Non-Volatile Memory,NVM),例如PCM、FeRAM、ReRAM、 STT-RAM等由于其非易失、低靜態(tài)功耗、高密度、高速度等特點為現(xiàn)代計算機內(nèi)存升級提供了新的契機。然而,相對傳統(tǒng)DRAM內(nèi)存,NVM同樣存在著不可忽視的缺點,如讀寫次數(shù)有限,較高的寫功耗、寫延遲等。為充分發(fā)揮各種存儲介質(zhì)的優(yōu)勢,本文利用PCM和DRAM作為混合主存(hyrbid main memory),NAND flash作為外存,構(gòu)造混合存儲系統(tǒng)。針對混合主存中頁緩存(page cache),研究自適應(yīng)頁面管理算法。主要內(nèi)容包括：首先,不考慮NAND flash外存特性,研究PCM+DRAM混合主存中頁緩存管理算法。充分利用PCM靜態(tài)功耗低、集成度高及DRAM寫延遲小、寫功耗低等優(yōu)點構(gòu)建大容量、高速度、低功耗、長壽命的混合主存系統(tǒng)。針對混合主存系統(tǒng)中頁緩存管理提出一種自適應(yīng)頁面管理算法AIMR (Adaptive page Insertion, Migration, and Replacement)。在自適應(yīng)的頁面性質(zhì)預(yù)測機制的基礎(chǔ)上,分別建立AIMR頁面載入、遷移、替換算法。其次,在AIMR基礎(chǔ)上考慮NAND flash外存特性,研究基于NAND flash的頁緩存管理算法。相較于傳統(tǒng)磁盤存儲,NAND flash由于沒有內(nèi)部尋道時間,因此具有較高的隨機讀速度。此外,其存儲介質(zhì)讀寫速度決定了NAND flash具有較高的順序讀寫速度。然而,NAND flash同樣存在著隨機寫性能差,且壽命有限的問題,已有研究表明NAND flash隨機寫速度甚至比傳統(tǒng)機械硬盤慢。本文基于頁面訪問時間和NAND flash空間局部性,建立NAND flash頁緩存自適應(yīng)的頁面替換算法APTS(Adaptive page Replacement algorithm by combing Temporal and Spatial locality)。最后,本文將AIMR與APTS進行融合,建立混合存儲系統(tǒng)自適應(yīng)頁面管理算法。融合方式為,將整個頁緩存管理從邏輯上分為兩層。其中,APTS運行在第一層,而AIMR作為APTS的PBR區(qū)域頁管理算法運行在第二層。通過搭建GEM5 +NVMain+DRAMSim+McPAT+FlashSim的綜合仿真環(huán)境,進一步評估AIMR+APTS融合后在混合存儲系統(tǒng)下的性能。實驗表明,本文提出的混合存儲系統(tǒng)下自適應(yīng)頁面管理算法較傳統(tǒng)CLOCK算法在內(nèi)存平均訪問延遲上性能平均提高61.5,主存功耗減少25%,并且提升21.8%的外存吞吐率。本文為構(gòu)建大容量、高速度、低功耗、長壽命的存儲系統(tǒng)提供了重要方法借鑒。
【關(guān)鍵詞】：PCM DRAM 混合主存 NAND flash 頁緩存
【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
• 第一章 緒論12-21
• 1.1 課題研究背景和意義12-15
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-18
• 1.3 本文的主要工作18-19
• 1.4 本文的組織結(jié)構(gòu)19-21
• 第二章 混合存儲架構(gòu)關(guān)鍵點研究21-34
• 2.1 混合存儲架構(gòu)組成21-22
• 2.2 PCM+DRAM混合主存研究22-25
• 2.3 NAND flash緩存研究25-33
• 2.4 本章小結(jié)33-34
• 第三章 混合主存頁面管理算法34-50
• 3.1 熱頁預(yù)測機制34-39
• 3.2 混合主存自適應(yīng)頁面管理算法39-46
• 3.3 仿真實驗46-49
• 3.4 本章小結(jié)49-50
• 第四章 NAND flash緩存頁面替換算法50-58
• 4.1 緩存替換算法分析50-51
• 4.2 NAND flash自適應(yīng)緩存替換算法51-53
• 4.3 仿真實驗53-57
• 4.4 本章小結(jié)57-58
• 第五章 實驗結(jié)果及分析58-65
• 5.1 AIMR與APTS算法融合58-59
• 5.2 測試環(huán)境介紹59-61
• 5.3 測試結(jié)果與分析61-63
• 5.4 本章小結(jié)63-65
• 第六章 結(jié)論與展望65-67
• 參考文獻67-72
• 致謝72-73
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的主要學(xué)術(shù)論文73-74
• 攻讀學(xué)位期間參與科研項目及獲獎情況74-75
• 學(xué)位論文評閱及答辯情況表75

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1 鄭昌睿，陳興業(yè);多窗口顯示管理算法及其實現(xiàn)[J];小型微型計算機系統(tǒng);1994年04期

2 李新國;胡恩博;;路由器緩存管理算法之比較研究[J];計算機應(yīng)用研究;2007年04期

3 陳晟,景寧,孫茂印;優(yōu)化的R-樹緩沖管理算法[J];計算機學(xué)報;1999年05期

4 陳遠,李樂民;緩存管理算法及其在無線網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用研究[J];電子科技大學(xué)學(xué)報;2004年06期

5 龔愛珍;艾麗蓉;王瓊;;基于同步和異步時間管理的混合時間管理算法[J];計算機技術(shù)與發(fā)展;2011年07期

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9 王悅偉,曹陽,楊冕,黃少昱;一種基于流量預(yù)測的資源動態(tài)管理算法[J];計算機應(yīng)用;2005年01期

10 華玉鵬;李良光;崔昊辰;丁建群;;嵌入式系統(tǒng)電源管理算法研究[J];煤礦機械;2013年11期

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1 何寧;盧昱;王磊;;基于IPA的通信網(wǎng)絡(luò)資源管理算法研究[A];2009系統(tǒng)仿真技術(shù)及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會議論文集[C];2009年

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1 孫志文;混合存儲架構(gòu)的自適應(yīng)頁面管理算法研究[D];山東大學(xué);2016年

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10 楊自芬;基于Qos的公平帶寬分配策略的隊列管理算法研究[D];曲阜師范大學(xué);2007年

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本文編號：938876