面向新型非易失性存儲(chǔ)器的內(nèi)存管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

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1、４擊種成丈香ＨＮＯＬＯＧＹＯＦＣＨＩＮＡＵＮＩＣＳＣＩＮＣＥＡＮＤＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦ巨Ｌ巨ＣＴＲＯＮＥＴＥＣ碩±學(xué)化論文ＭＡＳＴＥＲＴＨＥＳＩＳ．？…巧耐腳巧論文題目面向新型非易失性存儲(chǔ)器的內(nèi)存管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)—學(xué)科專業(yè)評(píng)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)學(xué)號(hào)２０１３２１０６０４３６作者姓名王慶指營教師李林副教授獨(dú)劍性聲明本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。據(jù)我所知，除了文中特別加Ｗ標(biāo)注

2、和致謝的地方夕ｈ，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得電子科技大學(xué)或其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表不謝意。作者簽名：Ｖｋ曰期；＾八年月曰論文使用授權(quán)本學(xué)位論文作者完全了解電子科技大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，有權(quán)保留并向國家有關(guān)部口或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)電子科技大學(xué)可將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可采用

3、影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編學(xué)位論文。（保密的學(xué)位論文在解密后應(yīng)遵守此規(guī)定）作者簽名：導(dǎo)師簽名：曰期：年伯＞曰分類號(hào)TP315密級(jí)公開注1UDC學(xué)位論文面向新型非易失性存儲(chǔ)器的內(nèi)存管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)（題名和副題名）王王王慶慶慶（作者姓名）指導(dǎo)教師李李李李林林林林副教授副教授副教授副教授電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)成都成都成都成都（姓名、職稱、單位名稱）申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別碩士學(xué)科專業(yè)計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)提交論文日期2016.3論文答辯日期2016.5學(xué)位授予單位和日期電子科技大學(xué)20

4、16年6月答辯委員會(huì)主席評(píng)閱人注1：注明《國際十進(jìn)分類法UDC》的類號(hào)。DESIGNANDIMPLEMENTATIONOFMEMORYMANAGEMENTSYSTEMFORANEWTYPEOFNON-VOLATILEMEMORYAMasterThesisSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaMajor:ComputerApplicationTechnologyAuthor:WangQingAdvisor:LiLinSchool:

5、SchoolofComputerScience&Engineering摘要摘要隨著云計(jì)算技術(shù)的不斷發(fā)展和規(guī)模的壯大，人們對(duì)存儲(chǔ)的要求越來越高，希望有高密度、高讀寫速度、低能耗的存儲(chǔ)介質(zhì)。而傳統(tǒng)的DRAM、flash和磁盤等產(chǎn)品都有各自的缺陷，DRAM和flash存在著密度和容量的瓶頸，磁盤的讀寫速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到要求。隨著存儲(chǔ)技術(shù)的不斷發(fā)展，PCM、MRAM等新型非易失性存儲(chǔ)器（統(tǒng)稱為NVM）逐漸出現(xiàn)在人們的視野范圍中，它們擁有密度高、容量大、速度快和能耗低等特點(diǎn)，吸引了技術(shù)人員的廣泛關(guān)注。由于NVM自身的諸多特

6、性，許多原來的設(shè)計(jì)方案不再適合于它，需要重新設(shè)計(jì)。主要的研究方向包括用NVM代替DRAM，在NVM搭建文件系統(tǒng)等。而本文的研究方向則是用NVM替代DRAM。關(guān)于其替代方案，主要有兩種觀點(diǎn)，一是NVM完全替代DRAM；二是NVM和DRAM結(jié)合起來使用，即混合內(nèi)存。而現(xiàn)有的技術(shù)基礎(chǔ)上，NVM仍存在一些缺陷（相對(duì)于DRAM，其讀寫速度較慢，且存在寫磨損），這限制了NVM完全替代DRAM。因此，更多的研究著手于混合內(nèi)存上。本文就是在混合內(nèi)存場景下展開研究的。目前，有兩種方式使用NVM，一是按照傳統(tǒng)頁框管理方式，二是使

7、用文件系統(tǒng)管理NVM。前者未充分考慮NVM持久化特性和存在著空間利用率不高的缺陷；后者未充分利用NVM隨機(jī)讀寫的特性和存在著元數(shù)據(jù)空間開銷較大的缺陷。針對(duì)上述問題，本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種針對(duì)NVM的低元數(shù)據(jù)空間開銷的持久化頁框管理系統(tǒng)。另外，由于NVM的寫速度較DRAM慢，寫能耗較大，且存在寫磨損，本文還設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種提供持久化保證的頁面置換機(jī)制，以減少NVM寫操作。上述持久化頁框管理系統(tǒng)和頁面置換機(jī)制，主要有以下特點(diǎn)：1.在操作系統(tǒng)內(nèi)核層建立NVM的頁框管理機(jī)制，并為該系統(tǒng)上的操作提供簡單事務(wù)性接口，保證在

8、宕機(jī)或斷電的情況下，頁框管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)的正確性。2.針對(duì)高空間利用率和分配效率，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)多級(jí)空閑頁框管理機(jī)制，并設(shè)計(jì)適合的頁框分配原則。3.考慮到NVM和DRAM讀寫能耗和讀寫速度的差距，提供有數(shù)據(jù)安全保證的頁面置換機(jī)制，以實(shí)現(xiàn)NVM和DRAM間頁面的移動(dòng)，達(dá)到加快熱點(diǎn)頁面讀寫速度和節(jié)約能耗的目的。4.用內(nèi)核模塊的方式開發(fā)實(shí)現(xiàn)持久化頁框管理系統(tǒng)和頁面置換功能，并以Linux驅(qū)動(dòng)的形式方便用戶使用。最