随着多核技术的发展，核心数目的增加使得内存容量和带宽的需求相应的增加；应用和操作系统的发展也需要越来越多的内存资源，使得性能和容量的矛盾更加突出。在传统的紧耦合体系结构下，由于处理器和内存是紧密相连的，本地内存配置有限，很难满足未来内存增长的需求，还会导致资源不匹配、频繁进行系统升级、资源共享困难等问题。光互联和高速电路技术的应用和发展使得高带宽、低延迟的网络得到普遍应用，用网络内存来提供一个灵活的访存系统成为可能。　　 本文主要针对网络内存客户端的访存体系结构，性能模型和性能优化技术等进行研究，并设计和实现了软件网络内存服务系统NMS和硬件的远程内存原型系统，研究网络内存性能、资源管理、可靠性、可扩展性和使用模式。　　 基于网格化的动态自组织计算机体系结构DSAG(Dynamic Self-organized computerArchitecture based on Grid-component)思想，本文提出了一种网络内存客户端的访存优化架构。通过一个智能网络内存控制器来直接访问网络内存，在这个智能网络内存控制器中构建虚拟地址页缓存来减少远程访存，并使用一个基于访存流特征的预取机来进一步提高访存性能。　　 在该体系结构下，构建了一个网络内存的性能模型，评价了不同的本地内存配置和网络访存延迟对于应用性能的影响。基于Linpack，Blast，Quicksort和SPEC2000，SPEC2006等应用的访存序列模拟分析表明，在这种远程内存访存结构下，使用高速网(如Infiniband或光互联等)和流预取机，对规则访存应用可以取得和全本地内存配置相近的性能(Linpack的减速比1.4)，从而验证了以少量性能下降换取灵活的远程内存扩展方法的可行性。　　 针对科学计算应用的特点，本文提出了一种可变步长的带状流检测算法VSS(Variable Stride Stream)来发现应用的访存特征。VSS解决了固定步长流检测算法下，循环访问中虚拟页地址的跳跃问题，消除了断流，减少了伪流，可以有效提高访存流识别率和流的覆盖率。如对Linpack，相比固定步长检测算法，VSS可以提高30％的访存覆盖率。　　 提出了一种基于时钟步长的多步流预取优化算法。利用访存监控部件获取的访存时间信息，在生成流的同时按照时间步长进行分析，确定预取的长度。该优化算法解决了在流预取下，某些应用预取页面不能及时取回的问题，可显著提高预取命中率，减少远程访存，如对于Linpack相比单步预取可以减少90％的远程访存。　　 提出了一种KNP(Keep Next Page)算法配合流预取管理本地页缓存和预取缓冲区，利用访存流特性，提高本地缓存命中率，减少远程访存。如对Linpack最多提高20％的本地cache命中率。　　 设计和实现了基于两级服务结构的软件网络内存系统NMS(Network MemorySetvice)。NMS实现了动态化内存资源管理，并提出了一种资源评价和拍卖模型来解决网络内存资源冲突。另外对系统的延迟、带宽、可扩展性等指标进行了测试，并采用多个应用对系统进行了性能评价。在千兆以太网下，NMS系统4K页的远程访存延迟约为200us，相比磁盘性能具有明显优势，对于应用性能有很大提高，比如对mysql的查询，性能最高可以提高20倍。　　 设计和实现了一个基于PCI的内存扩展系统，一块基于PCIx的扩展卡可以提供24GB的板上内存和最高1GBps的访存带宽。把该扩展卡作为硬件网络内存的一种实现原型，研究远程内存的应用模式。