一种基于页面热度的异构内存管理方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于计算机内存管理领域，更具体地，涉及一种基于页面热度的异构内存 管理方法。
【背景技术】
[0002] 随着科学技术的飞速发展，现代计算机结构越来越复杂，消耗的能耗也越来越多， 内存作为计算机系统结构中的重要组成部分，随着其容量的增大，内存能耗在整机能耗中 占据越来越大的比重。降低内存部分的能耗成为研宄热点。
[0003] 在传统的计算机系统结构中，内存是由动态随机存储器（DRAM)构成的，它是一种 易失性的存储器，需要周期性的刷新来保证数据的准确性，增加了系统的能耗。而最近出现 一种新型的存储器材一相变存储器（PCM)是一种非易失性的存储器材。有效避免了动态刷 新所带来的能耗开销，降低了系统能耗。但是PCM自身又有写次数有限和写延迟大的弊端， 因此目前尚不能直接替换DRAM。
[0004] 随着新型存储器材相变存储器（PCM)的出现和普及，计算机系统结构中出现了一 个新的内存结构一异构内存。和传统的单一结构内存不同的是，异构内存系统是由传统的 动态随机存储器（DRAM)和相变存储器（PCM)组合而成的。这一结构为我们解决主存能耗 问题提供了新的思路，它可以发挥PCM无刷新低能耗和DRAM的读写速度快的特性。但是简 单的堆叠两种材料并不能有效的发挥各自的优势，需要一个有效的管理策略。异构内存系 统中，PCM部分具有很高的写延迟和能耗，因此避免频繁写入PCM内存，将这一系列写访问 频繁的页面迀移到DRAM能降低系统能耗。如何准确选出这些PCM内存中写操作频繁的页 面成为管理异构内存的一个重要环节。目前较为主流的方法都是通过记录页面访问行为来 划分页面的。在现有的方法中，绝大多数都仅仅利用最近几次的访问信息来做决策甚至有 的仅仅应用一个比特位来记录访问信息，然后对PCM内存进行页面迀移，这些方法虽然考 虑到程序的局部性原理，但是采集信息不够充分，难以准确划分冷热页面。现有的异构内存 管理方法，由于以上缺陷，造成能耗较高。
[0005] 同时针对内存建立能耗模型也是十分有必要的，可以更直观的得到降低能耗的效 果，而这也是这些策略所欠缺的。针对异构内存如何准确划分冷热页面策略和建立能耗模 型仍是异构内存管理策略中亟需解决的问题。
【发明内容】
[0006] 针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于页面热度的异构内 存管理方法，其目的在于通过筛选冷热页面并在异构内存中合理迀移，由此解决异构内存 中能耗高的技术问题。
[0007] 为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种种基于页面热度的异构内 存管理方法，包括以下步骤：
[0008] (1)制作页面访问记录队列：对于异构内存的内存页面，收集内存页面被访问的 总读写数据、部分读写数据和最近读写数据，存储在多级队列中，形成页面访问记录队列； 所述多级队列，根据级别高低分为多个级别，高级别队列相对于低级别队列其中存储的页 面热度值较高；
[0009] (2)选取冷热页面：按照队列级别由高到底的顺序，根据部分读写和最近读写数 据确定页面热度值，并顺序保留N个页面热度值超过预设的热度值阈值的页面，作为热页 面；按照队列级别由低到高的顺序，根据部分读写和最近读写数据确定页面冷度值，并顺序 保留N个页面冷度值超过预设的冷度值阈值的页面，作为冷页面；
[0010] (3)冷热页面配对：对于每一个热页面选取任意一个冷页面进行组合，估算冷热 页面迀移后的节能值，按照节能值降序排列，选择冷热页面匹配，根据匹配结果迀移页面， 使得能耗降低。
[0011] 优选地，所述异构内存管理方法，其步骤（1)所述部分读写数据是单位时间内该 页面读和写的次数。
[0012] 优选地，所述异构内存管理方法，其步骤（1)所述最近读写数据是最近M次的读或 写操作记录。
[0013] 优选地，所述异构内存管理方法，其步骤（2)所述热度值为该页面的部分读写热 度与最近读写热度之和，所述部分读写热度与最近读写热度数量级相当，所述部分读写热 度为部分读写数据中写操作次数的固定倍数，所述最近读写热度为根据最近M次操作中写 操作的权重之和，所述权重根据操作时间越近权重越大的原则确定。
[0014] 优选地，所述异构内存管理方法，其步骤（2)所述冷度值为该页面的部分读写冷 度与最近读写冷度之和，所述部分读写冷度与最近读写冷度数量级相当，所述部分读写冷 度为部分读写数据中读操作次数的固定倍数，所述最近读写冷度为根据最近M次操作中读 操作的权重之和，所述权重根据操作时间越近权重越大的原则确定。
[0015] 优选地，所述异构内存管理方法，其步骤（3)所述冷热页面迀移后的节能值按照 如下方法计算：ΔΕ = Ep-Ep' +Ed-Ed'，其中ΔΕ为冷热页面迀移后的节能值，Ep为相变存 储器中待迀移页面迀移前的能耗值，Ep'为相变存储器中待迀移页面迀移后的能耗值，Ed 为动态随机存储器中待迀移页面迀移前的能耗值，Ed'为动态随机存储器中待迀移页面迀 移后的能耗值，分别按照以下方法计算：
【主权项】
1. 一种基于页面热度的异构内存管理方法，其特征在于，包括以下步骤： (1) 制作页面访问记录队列：对于异构内存的内存页面，收集内存页面被访问的总读 写数据、部分读写数据和最近读写数据，存储在多级队列中，形成页面访问记录队列；所述 多级队列，根据级别高低分为多个级别，高级别队列相对于低级别队列其中存储的页面热 度值较高； (2) 选取冷热页面：按照队列级别由高到底的顺序，根据部分读写和最近读写数据确 定页面热度值，并顺序保留N个页面热度值超过预设的热度值阈值的页面，作为热页面；按 照队列级别由低到高的顺序，根据部分读写和最近读写数据确定页面冷度值，并顺序保留N 个页面冷度值超过预设的冷度值阈值的页面，作为冷页面； (3) 冷热页面配对迀移：对于每一个热页面选取任意一个冷页面进行组合，估算冷热 页面迀移后的节能值，按照节能值降序排列，选择冷热页面匹配，根据匹配结果迀移页面， 使得能耗降低。
2. 如权利要求1所述的异构内存管理方法，其特征在于，步骤（1)所述部分读写数据是 单位时间内该页面读和写的次数。
3. 如权利要求1所述的异构内存管理方法，其特征在于，步骤（1)所述最近读写数据是 最近M次的读或写操作记录。
4. 如权利要求1所述的异构内存管理方法，其特征在于，步骤（2)所述热度值为该页面 的部分读写热度与最近读写热度之和，所述部分读写热度与最近读写热度数量级相当，所 述部分读写热度为部分读写数据中写操作次数的固定倍数，所述最近读写热度为根据最近 M次操作中写操作的权重之和，所述权重根据操作时间越近权重越大的原则确定。
5. 如权利要求1所述的异构内存管理方法，其特征在于，步骤（2)所述冷度值为该页面 的部分读写冷度与最近读写冷度之和，所述部分读写冷度与最近读写冷度数量级相当，所 述部分读写冷度为部分读写数据中读操作次数的固定倍数，所述最近读写冷度为根据最近 M次操作中读操作的权重之和，所述权重根据操作时间越近权重越大的原则确定。
6. 如权利要求1所述的异构内存管理方法，其特征在于，步骤（3)所述冷热页面迀移后 的节能值按照如下方法计算：AE=Ep-Ep' +Ed_Ed'，其中AE为冷热页面迀移后的节能值， Ep为相变存储器中待迀移页面迀移前的能耗值，Ep'为相变存储器中待迀移页面迀移后的 能耗值，Ed为动态随机存储器中待迀移页面迀移前的能耗值，Ed'为动态随机存储器中待 迀移页面迀移后的能耗值，分别按照以下方法计算：
其中，n为相变存储器中热页面个数，m为动态随机存储器中冷页面的个数，i为第i个 待迀移页面，Epi为相变存储器中第i个待迀移页面的迀移前的能耗值，Ep'i为相变存储 器中第i个待迀移页面的迀移后的能耗值，Edi为动态随机存储器中第i个待迀移页面的 迀移前的能耗值，Ed'i为动态随机存储器中第i个待迀移页面的迀移后的能耗值，Epr为 读一个相变存储器页面一次的能耗值，Epw为写一个相变存储器页面一次的能耗值，Edr为 读一个动态随机存储器页面一次的能耗值，Edw为写一个动态随机存储器页面一次的能耗 值，Npri为相变存储器中第i个待迀移页面在单位时间内的读次数，Npwi为相变存储器中 第i个待迀移页面在单位时间内的写次数，Ndri为动态随机存储器中第i个待迀移页面在 单位时间内的读次数，Ndwi为动态随机存储器中第i个待迀移页面在单位时间内的写次。
7.如权利要求1所述的异构内存管理方法，其特征在于，步骤（3)所述迀移页面按照如 下方法操作： A、 取得待迀移页面的源页面和目的页面； B、 分别对源页面和目的页面建立读请求包并发送读请求数据包； C、 收到回应数据包并交换数据后建立写数据包、发送写数据包； D、 最后收到写回复数据包完成迀移操作。
【专利摘要】本发明公开了一种基于页面热度的异构内存管理方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)对于异构内存的内存页面，收集内存页面被访问的总读写数据、部分读写数据和最近读写数据，存储在多级队列中，形成页面访问记录队列；(2)根据部分读写和最近读写数据确定页面热度值和热度值，顺序保留N个页面热度值超过预设的热度值阈值的页面作为热页面和N个页面冷度值超过预设的冷度值阈值的页面作为冷页面；(3)对于每一个热页面选取任意一个冷页面进行组合，估算节能值，按照其降序排列，选择冷热页面匹配，根据匹配结果迁移页面，使得能耗降低。本方法能充分利用动态随机存储器的高性能，提高异构内存系统的总体性能。
【IPC分类】G06F3-06
【公开号】CN104699424
【申请号】CN201510136658
【发明人】廖小飞, 张进宝, 金海
【申请人】华中科技大学
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2015年3月26日