中文题名: |
压缩场景下的非易失内存寿命优化研究 |
姓名: | |
学号: | 1049722002447 |
保密级别: | 公开 |
论文语种: | chi |
学科代码: | 081200 |
学科名称: | 工学 - 计算机科学与技术(可授工学、理学学位) - 计算机科学与技术 |
学生类型: | 硕士 |
学校: | 武汉理工大学 |
院系: | |
专业: | |
研究方向: | 内存压缩 |
第一导师姓名: | |
第一导师院系: | |
完成日期: | 2023-05-25 |
答辩日期: | 2023-05-22 |
中文关键词: | |
中文摘要: |
随着图像处理和大数据等技术的飞速发展,数据量呈爆发式增长,这使得数据中心对存储性能的需求日益加剧。传统的内存技术存在着扩展困难、动态能耗高等问题,无法满足海量数据存储需求。具备按字节寻址、能耗低、读写延迟低、非易失以及扩展性良好等优势的新型非易失型存储器(Non-volatile Memory,NVM)逐渐开始被国内外广泛研究,并有望替代传统内存。然而,由于物理结构的限制,NVM的写入次数有限、写延迟较高,难以应用于大规模数据存储。 为了提升写入带宽并增加存储空间,数据通常以压缩的形式存储于内存中。然而,在压缩存储场景下,NVM的存储有效性和寿命面临三大挑战。首先,由于压缩算法将大块数据压缩后集中存储在前半部分,导致内存块的局部磨损问题。目前缺乏有效指标来刻画这种局部磨损对NVM寿命的影响;其次,局部磨损会导致NVM块内磨损不均问题,进而缩短其寿命。最后,当前压缩算法较多,其对NVM局部磨损程度有所差异,需要在不同工作负载场景下做出有效选择。 针对以上三个问题,本文的主要创新点和研究内容总结如下: 提出衡量局部磨损的指标。为了刻画局部磨损对NVM块寿命的影响,本文提出了一个新的衡量指标——局部位翻转,用来描述压缩算法对NVM内存块在局部区域产生的位翻转数量,进而得到其对NVM寿命的影响。 提出压缩场景下的块内磨损均衡算法。为了解决压缩算法带来严重的局部磨损的问题,本文提出了一种滑动写入(Sliding Writes,SlidW)的块内磨损均衡机制。SlidW将一个内存块分为若干个相同大小的区域,并根据新写入数据的大小、剩余空间和其他辅助信息,将写入的数据位置分为五种状态。根据判定的写入状态,将压缩后的数据分布到整个内存块的区域中,以避免数据集中在某个区域中。实验结果表明,使用SlidW算法能够减少23.61%的局部磨损,增加59.07%的NVM寿命。同时,SlidW对读写延迟和能耗消耗的影响极小,可忽略不计。 提出基于数据采样的自适应NVM压缩算法。针对不同工作负载下压缩算法的磨损程度差异问题,本文提出了一种基于数据采样的自适应NVM压缩算法。该算法分为特征采样和压缩实施两个阶段进行。在特征采样阶段,对三种常用的压缩算法的压缩率和位翻转情况进行统计,并根据该结果选择合适的压缩算法。在压缩实施阶段,根据选择的压缩算法配合SlidW算法进行数据写入操作。实验结果表明,相比主流的压缩算法而言,自适应压缩算法能减少平均40%的局部磨损,并增加平均45%的寿命。 本文提出的方法能够极大改善压缩场景下的NVM寿命,以推动NVM在海量数据存储场景下的广泛应用和市场竞争力。 |
参考文献: | ﹀ |
中图分类号: | TP301.6 |
条码号: | 002000072359 |
馆藏号: | TD10059235 |
馆藏位置: | 403 |
备注: | 403-西院分馆博硕论文库;203-余家头分馆博硕论文库 |