【摘 要】
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动态随机存储器（Dynamic Random Access Memory,DRAM）在过去的几十年中凭借其良好的读写性能被广泛应用于计算机系统。随着计算机技术的发展和大数据时代的来临，存储系统因DRAM存储密度低、刷新能耗高呈现“存储墙”、“能耗墙”等问题。而新型非易失性存储器（Non-Volatile Memory,NVM）具有非易失性、可字节寻址、零泄漏功耗、可扩展性高等优点，被认为是替代传统存储器件的潜在对象。但非易失性存储器也存在写延迟高、写功耗高和写耐久性有限等缺陷，不能直接替代传统存储器件。基
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动态随机存储器（Dynamic Random Access Memory,DRAM）在过去的几十年中凭借其良好的读写性能被广泛应用于计算机系统。随着计算机技术的发展和大数据时代的来临，存储系统因DRAM存储密度低、刷新能耗高呈现“存储墙”、“能耗墙”等问题。而新型非易失性存储器（Non-Volatile Memory,NVM）具有非易失性、可字节寻址、零泄漏功耗、可扩展性高等优点，被认为是替代传统存储器件的潜在对象。但非易失性存储器也存在写延迟高、写功耗高和写耐久性有限等缺陷，不能直接替代传统存储器件。基于DRAM和NVM的混合内存架构能够可充分利用两种介质的优势。现有的大部分混合内存数据页管理研究通过写入计数或历史热度统计以识别冷热数据，具有大量的计算和存储开销。此外，部分研究的无条件迁移将产生大量的无效迁移，降低系统性能。针对以上问题，本文做了如下工作：
首先，针对冷热数据在混合内存系统频繁迁移和大量计算开销而导致系统性能下降的问题，提出了少量计算开销且允许适当NVM写入的混合内存数据管理策略（Data Management with Appropriate Writing,DMAW）。DMAW通过结合时间局部性、访问间隔精准识别冷热数据指导数据分配和数据更新维护，尽可能的将热数据维护于DRAM，冷数据维护于NVM中。同时在NVM中通过状态转移允许适当的写操作，减少不必要的数据迁移。
其次，针对NVM写寿命有限的问题，提出适应混合内存架构的基于热地址维护的磨损均衡策略（Hot-Address Wear Leveling,HAWL）。该策略通过维护数据管理过程中数据迁移所产生的热地址，从而均衡NVM内存空间的写入次数，达到延长NVM使用寿命的目的。
最后，本文选取SPEC CPU2006中典型的10个基准程序对所提出的策略进行实验并给出详细的结果分析。实验表明，DMAW在少量计算开销的情况下，可减少NVM写入操作及数据迁移，最高可提升系统性能75%。此外，HAWL可有效均衡NVM存储单元的磨损率，平均可延长7.2倍的NVM寿命。
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