基于NV Cache的持久性内存系统崩溃一致性技术研究

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可字节寻址的非易失内存能够提供对持久性数据的快速访问，然而系统崩溃和掉电等问题可能导致持久性数据的损坏。利用传统日志技术或者写时复制技术虽然能够保证数据的崩溃一致性（Crash Consistency），但是会导致大量额外的空间和时间开销，同时还会加剧持久性内存介质的磨损。由此提出的基于非易失高速缓存（Non-Volatile Cache，NV Cache）的持久性内存崩溃一致性方案依靠NV Cache和持久性内存中数据的不同版本来保证一致性，避免了日志和写时复制技术的开销，但是与不考虑崩溃一致性的持久性内存相比，其性能损失仍然显著。为了提高基于NV Cache的持久性内存系统整体性能，对NV Cache和持久性内存两层存储系统的性能进行了量化分析，综合考虑了崩溃一致性开销、缓存的负载访问特征、持久性内存读写不对称性以及持久性内存与NV Cache访问速度的差异等因素的影响。在此基础上提出了动态版本控制技术（Dynamic Versioning，DV），对到达NV Cache的写操作数据进行冷热识别，热数据在NV Cache中进行异地写入，冷数据在NV Cache和持久性内存之间进行版本控制，从而减少了对相对慢速的持久性内存的写入次数。以DV技术为核心，提出了两种基于NV Cache的持久性内存方案——基于DV技术的末级非易失缓存（Non-Volatile Last-Level CacheBasedonDynamicVersioning，DV-NVLLC）方案和基于DV技术的非易失事务性缓存（Non-Volatile Transaction Cache Based on Dynamic Versioning，DV-NVTC）方案。DV-NVLLC采用NV Cache作为最后一级缓存，是一种硬件开销较低的方案；而DV-NVTC通过增加旁路NV Cache加速事务写操作，是一种高性能、但硬件开销较高的方案。相较于其它采用NV Cache作为最后一级缓存的最新工作，在面向计算和面向存储的测试负载下，DV-NVLLC方案事务吞吐量分别提升2%~20%和18%~57%，持久性内存的磨损次数分别减少12%~84%和35%~89%。相较于其它采用非易失事务缓存的最新工作，在面向计算和面向存储的测试负载下，DV-NVTC方案事务吞吐量分别提升3%~12%和12%~48%，持久性内存的磨损次数分别减少13%~84%和36%~89%。

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作者
马骏;
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作者单位

华中科技大学;

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授予单位华中科技大学;
学科计算机系统结构
授予学位硕士
导师姓名童薇;
年度 2018
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类计算技术、计算机技术;自动化技术及设备;
关键词
Cache; 持久; 内存; 系统崩溃;

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