一种支持大页的层次化DRAM/NVM混合内存系统

作     者：陈吉 刘海坤 王孝远 张宇 廖小飞 金海 Chen Ji;Liu Haikun;Wang Xiaoyuan;Zhang Yu;Liao Xiaofei;Jin Hai

作者机构：华中科技大学计算机科学与技术学院武汉430074 服务计算技术与系统教育部重点实验室(华中科技大学)武汉430074 集群与网格计算湖北省重点实验室(华中科技大学)武汉430074 湖北省大数据技术与系统工程实验室(华中科技大学)武汉430074 

出 版 物：《计算机研究与发展》 (Journal of Computer Research and Development)

年 卷 期：2018年第55卷第9期

页      面：2050-2065页

核心收录：

学科分类：08[工学] 081201[工学-计算机系统结构] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家重点研发计划项目(2017YFB1001603) 国家自然科学基金项目(61672251 61732010 61628204)~~ 

主　　题：动态随机存储器 非易失性存储器 混合内存 大页 缓存过滤 

摘      要：随着大数据应用的涌现,计算机系统需要更大容量的内存以满足大数据处理的高时效性需求.新型非易失性存储器(non-volatile memory,NVM)结合传统动态随机存储器(dynamic random access memory,DRAM)组成的混合内存系统具有内存容量大、功耗低的优势,因而得到了广泛关注.大数据应用同时也面临着旁路转换缓冲器(translation lookaside buffer,TLB)缺失率过高的性能瓶颈.大页可以有效降低TLB缺失率,然而,在混合内存中支持大页面临着大页迁移开销过大的问题.因此,设计了一种支持大页和大容量缓存的层次化混合内存系统:DRAM和NVM分别使用4KB和2MB粒度的页面分别进行管理,同时在DRAM和NVM之间实现直接映射.设计了基于访存频率的DRAM缓存数据过滤机制,减轻了带宽压力.提出了基于内存实时信息的动态热度阈值调整策略,灵活适应应用访存特征的变化.实验显示:与使用大页的全NVM内存系统和缓存热页(caching hot page,CHOP)系统相比平均有69.9%和15.2%的性能提升,而与使用大页的全DRAM内存系统相比平均只有8.8%的性能差距.