轻量级动态惰性页面磨损均衡机制研究

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新兴的非易失性存储器件(NVM ,Non-volatile Memory)具有持久性、字节寻址、高集成度、低能耗、价格低廉等优点,相比于DRAM等传统存储器件具有更广阔的发展前景。但NVM器件单元一般仅能承受108~1012次写入,远小于传统DRAM器件的使用寿命。而应用负载的写分布不均更是加速了器件的老损,如何延长NVM器件的使用寿命是目前应用研究的难点之一。
  针对现有NVM器件磨损均衡方案存在的额外写入开销高、应用负载适应性差、硬件体系结构修改导致的普适性低等问题,提出了一种基于写承载容量的热页识别技术的轻量级动态惰性页面磨损均衡方案(LDL-WL,A Lightweight Dynamic Lazy page Wear-Leveling mechanism)。它采用共享库加载方式,通过Linux系统PTE(PageTableEntry,页表条目)软脏位来获得页面的写计数增量,设计并实现hashmap映射槽结构来存储与计数相关的数据;区别于现有磨损均衡方案将写频率变化等作为迁移阈值,提出根据页面的写可承载容量这一指标,评估当前负载的运行状态而不是预测未来的写变化情况,解决了目前页面磨损机制中普遍存在的反复迁移收益低、额外写入量高及阈值的应用负载适应性差等问题。
  以未采用磨损均衡方案的no-swap为基准,对fixed-swap、quail及所提出的LDL-WL进行了对比测试。结果表明,固定阈值方案fixed-swap对阈值依赖性最强,LDL-WL与quail具有相近的性能开销,但是LDL-WL能够更好地平衡NVM器件的写操作,fixed-swap、quail和LDL-WL方案的写分布平均标准差相较于no-swap分别降低41%、80%和91%,额外写开销分别为24%、14%和3%,额外执行时间分别为16%、11%和4%。相比于no-swap、fixed-swap和quail方案,LDL-WL方案的NVM器件的平均写次数分别降低86%、57%和11%。
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