异构内存系统中页面管理的优化设计
发布时间：2022-08-06 21:47
内存系统在整个存储系统中扮演至关重要的角色。主要负责缓存外存中的数据以及保证CPU的快速计算与访存。随着大数据、云计算的发展,系统所负载的数据量日益激增,对内存的容量与性能要求愈发迫切。但是传统的动态随机存储器DRAM已经在集成密度,功耗等方面遇到了瓶颈,限制了内存系统的大规模扩容。为了解决内存系统的发展瓶颈,大量的研究人员致力于结合非易失存储介质NVRAM来构建异构内存系统。但是,由于NVRAM介质仍处于发展阶段,对于异构内存系统的研究仍然不够成熟,主要表现在以下方面:现有的异构内存管理策略不够完善,缺乏对异构介质间数据迁移的优化;在大型服务器部署中,多节点内存的访问非一致性、多节点异构内存的部署多样性、多种任务部署的复杂性,导致服务器中存在多维异构现象;现有的NVRAM模拟方式不够精确,在真实系统的内核中模拟异构内存管理有很大的挑战。本文主要针对异构内存系统的页面管理策略进行了研究。具体包括:异构内存系统页面管理策略中,降低介质间数据迁移的优化;大型NUMA架构服务器下,针对多维异构场景的异构内存系统管理优化;真实系统模拟NVRAM访问延时,完成异构内存系统模拟的实现。其主要研究内...
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 数据增长趋势及应用现状概述
1.2 内存系统技术概述
1.3 多处理器架构发展概述
1.4 传统存储介质与新型存储介质的概述
1.4.1 DRAM物理结构与介质特性
1.4.2 NVRAM物理结构与介质特性
1.4.3 DRAM与NVRAM的特性对比
第2章 研究现状与挑战
2.1 异构内存系统的研究现状
2.1.1 异构内存系统的架构介绍
2.1.2 异构内存系统的页面管理算法研究
2.2 NUMA内存访问架构的研究现状
2.2.1 访问延时的非一致性研究
2.2.2 节点负载的非一致性研究
2.3 异构内存系统设计的新挑战
2.3.1 不同异构内存架构的分析
2.3.2 多维异构场景的分析
2.3.3 真实系统中设计实现的分析
2.4 本文的研究内容与贡献
2.4.1 针对异构内存架构中数据迁移的优化
2.4.2 针对NUMA架构下多维异构场景的优化
2.4.3 针对真实系统中异构内存系统的模拟实现
第3章 减少异构内存系统中数据迁移的优化
3.1 异构内存系统中数据迁移的问题描述
3.1.1 异构内存系统的架构对比分析
3.1.2 分层架构中数据迁移问题的分析
3.2 减少数据迁移的分层架构设计
3.2.1 基于多级队列的迁移策略设计
3.2.2 基于文件依赖的分配策略设计
3.3 设计策略的实验评估
3.3.1 实验部署
3.3.2 减少数据迁移策略与传统分层策略的性能评估
3.3.3 元数据记录开销评估
第4章 异构内存系统在NUMA架构下资源分配的研究
4.1 异构内存系统在NUMA架构下资源分配的问题描述
4.1.1 多维异构的现状描述
4.1.2 多维异构的管理挑战
4.2 NUMA异构内存系统的资源分配设计
4.2.1 基于NUMA异构内存系统的体系架构设计
4.2.2 元数据管理设计与多维优化原则
4.2.3 基于任务特性感知的节点调度策略设计
4.2.4 基于任务页面感知的数据迁移策略设计
4.3 设计策略的实验评估
4.3.1 实验环境与配置情况
4.3.2 节点调度策略的性能评估与分析
4.3.3 数据迁移策略的性能评估与分析
4.3.4 综合两策略的性能评估与分析
第5章 异构内存系统在内核中的模拟实现
5.1 传统异构内存模拟器的介绍与缺陷
5.1.1 外部软件模拟器
5.1.2 应用管理异构内存模拟方式
5.2 目前内核中内存管理介绍
5.2.1 硬件控制流程
5.2.2 内核中断控制流程
5.3 内核中异构内存模拟器的设计
5.3.1 DRAM模拟NVRAM的具体设计
5.3.2 内核异构内存模拟器控制流程
第6章 总结与展望
6.1 本文的研究内容与贡献
6.2 进一步的扩展工作
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]新技术驱动 智慧建筑改变未来[J]. 中国建设信息化. 2018(07)
本文编号：3670423
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 数据增长趋势及应用现状概述
1.2 内存系统技术概述
1.3 多处理器架构发展概述
1.4 传统存储介质与新型存储介质的概述
1.4.1 DRAM物理结构与介质特性
1.4.2 NVRAM物理结构与介质特性
1.4.3 DRAM与NVRAM的特性对比
第2章 研究现状与挑战
2.1 异构内存系统的研究现状
2.1.1 异构内存系统的架构介绍
2.1.2 异构内存系统的页面管理算法研究
2.2 NUMA内存访问架构的研究现状
2.2.1 访问延时的非一致性研究
2.2.2 节点负载的非一致性研究
2.3 异构内存系统设计的新挑战
2.3.1 不同异构内存架构的分析
2.3.2 多维异构场景的分析
2.3.3 真实系统中设计实现的分析
2.4 本文的研究内容与贡献
2.4.1 针对异构内存架构中数据迁移的优化
2.4.2 针对NUMA架构下多维异构场景的优化
2.4.3 针对真实系统中异构内存系统的模拟实现
第3章 减少异构内存系统中数据迁移的优化
3.1 异构内存系统中数据迁移的问题描述
3.1.1 异构内存系统的架构对比分析
3.1.2 分层架构中数据迁移问题的分析
3.2 减少数据迁移的分层架构设计
3.2.1 基于多级队列的迁移策略设计
3.2.2 基于文件依赖的分配策略设计
3.3 设计策略的实验评估
3.3.1 实验部署
3.3.2 减少数据迁移策略与传统分层策略的性能评估
3.3.3 元数据记录开销评估
第4章 异构内存系统在NUMA架构下资源分配的研究
4.1 异构内存系统在NUMA架构下资源分配的问题描述
4.1.1 多维异构的现状描述
4.1.2 多维异构的管理挑战
4.2 NUMA异构内存系统的资源分配设计
4.2.1 基于NUMA异构内存系统的体系架构设计
4.2.2 元数据管理设计与多维优化原则
4.2.3 基于任务特性感知的节点调度策略设计
4.2.4 基于任务页面感知的数据迁移策略设计
4.3 设计策略的实验评估
4.3.1 实验环境与配置情况
4.3.2 节点调度策略的性能评估与分析
4.3.3 数据迁移策略的性能评估与分析
4.3.4 综合两策略的性能评估与分析
第5章 异构内存系统在内核中的模拟实现
5.1 传统异构内存模拟器的介绍与缺陷
5.1.1 外部软件模拟器
5.1.2 应用管理异构内存模拟方式
5.2 目前内核中内存管理介绍
5.2.1 硬件控制流程
5.2.2 内核中断控制流程
5.3 内核中异构内存模拟器的设计
5.3.1 DRAM模拟NVRAM的具体设计
5.3.2 内核异构内存模拟器控制流程
第6章 总结与展望
6.1 本文的研究内容与贡献
6.2 进一步的扩展工作
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]新技术驱动 智慧建筑改变未来[J]. 中国建设信息化. 2018(07)
本文编号：3670423
本文链接：https://www.wllwen.com/guanlilunwen/yunyingzuzhiguanlilunwen/3670423.html
