非易失性存储器(NVM)是一种新型的随机存取快速存储器,近年来发展迅速,它的高存储密度,极低的能耗,较快的读取和写入速度和非易失性等优点,吸引了许多研究人员对新型非易失性存储器的计算机系统应用方面展开了研究,例如,使用NVM直接替代传统内存存储器或者将NVM与传统存储器结合共同替代当前的主存储器等。但是NVM也有许多缺陷,例如NVM的写入延迟比DRAM的写入延迟多近10倍,写入寿命也少于DRAM,所以NVM并不适合直接替换DRAM作为内存存储器使用,而更适合与DRAM结合形成NVM-DRAM混合内存存储器来替换DRAM在系统中使用。因此,本文就是旨在在NVM-DRAM混合主存系统的背景基础上,对系统中的内存访问操作进行调控,有效地降低NVM的写次数,延长NVM的寿命,降低混合主存系统的总能耗,并且保证系统的页面一致性。本文首先提出了一种通过衡量混合主存系统中应用程序的写压力并为这些程序分配适当存储器的内存管理算法,叫做DMA(Dynamic Measure Allocation)。DMA是一种可以均匀分布具有不同内存写压力的应用程序的存储位置的算法,它将写入压力高的程序移动到DRAM,以提高NVM的使用寿命,减少NVM的写次数。DMA的基本思想是定期地将具有高写内存压力的程序从NVM移动到DRAM,并将低内存写压力的程序保持在NVM中。实验结果表明,与没有使用DMA算法的系统相比,DMA算法可以减少40%~60%的NVM上的写入次数,并能够延长混合DRAM-NVM主存储器系统的使用寿命。本文接着提出了一种基于NVM-DRAM混合主存系统的页面置换方法,称为EAPR(Energy-Aware Page Replacement),该方法同时考虑了降低系统能耗和一致性保证。EAPR算法是一种基于混合主存架构系统的,可以在DRAM和NVM之间迁移页面时分析系统能耗特性的算法,并且EAPR算法也提出了改进的事务日志处理方案,保证了系统在故障发生后的数据一致性。EAPR可以根据内存访问状态来评估DRAM和NVM的页面访问能耗,并且根据页面访问能耗,在NVM与DRAM之间相互迁移页面,确保降低系统总能耗。在一致性保证方面,EAPR通过在提交应用的事务之后优化日志的结构来保证混合主存架构系统的一致性。最后,实验结果表明,EAPR不仅可以降低能耗,而且可以保证NVM-DRAM混合主存系统中事务页面的一致性。
