軟硬件協(xié)同管理的異構(gòu)內(nèi)存緩存機制.pdf

1、隨著計算機應用技術(shù)的發(fā)展，動態(tài)隨機訪問存儲器因功耗和工藝限制，已經(jīng)無法滿足應用越來越大的內(nèi)存需求。異構(gòu)內(nèi)存系統(tǒng)同時利用非易失性存儲器大容量優(yōu)勢和動態(tài)隨機訪問存儲器低訪問時延、低寫能耗、壽命長的特征來滿足應用大內(nèi)存需求并提升系統(tǒng)性能，為促進計算機應用的發(fā)展帶來了新契機。當前異構(gòu)內(nèi)存系統(tǒng)主要采用按需的數(shù)據(jù)緩存機制，但這種緩存機制沒考慮非易失性存儲器讀寫性能不對稱特征且存在硬件復雜度高、存儲開銷大、可擴展性有限、緩存利用效率低等挑戰(zhàn)，并不適用

2、于異構(gòu)內(nèi)存系統(tǒng)。
　　軟硬件協(xié)同管理的異構(gòu)內(nèi)存系統(tǒng)（HSCC）實現(xiàn)了基于效用的數(shù)據(jù)緩存機制，該機制僅將非易失性內(nèi)存中的熱頁取入動態(tài)隨機訪問存儲器構(gòu)成的緩存中，解決了緩存污染問題。為了進一步提升緩存利用效率，HSCC在基于效用的數(shù)據(jù)緩存機制基礎(chǔ)上提出基于爬山算法的緩存閾值動態(tài)調(diào)整策略和基于多級隊列算法的內(nèi)存頁面熱度監(jiān)測策略：前者使用爬山算法動態(tài)調(diào)整緩存閾值，保證系統(tǒng)充分利用緩存的同時盡量減少緩存回收造成的性能開銷；后者使用多級隊列算

3、法更新頁面熱度信息，提升了內(nèi)存頁面熱度監(jiān)測的準確度。此外，HSCC在頁表和TLB中建立主存到緩存的映射，消除了復雜的硬件開銷和巨大的存儲開銷，將基于效用的數(shù)據(jù)緩存機制的實現(xiàn)提升到軟件層次，增強了系統(tǒng)可擴展性。
　　實驗結(jié)果表明，相較于采用按需數(shù)據(jù)緩存機制的傳統(tǒng)異構(gòu)內(nèi)存系統(tǒng)，HSCC在性能、能耗以及系統(tǒng)開銷等方面都表現(xiàn)出很大優(yōu)勢，性能平均提升65.7％，能耗效率提升0.432倍，性能開銷降低42.72%。此外，HSCC還通過減少對非