一种基于存储器访问的写热页面预测方法技术

一种基于存储器访问的写热页面预测方法，本发明专利技术涉及基于存储器访问的写热页面预测方法。本发明专利技术目的是为了解决现有混合存储器使用寿命低、性能受损的问题。本发明专利技术设置了PCM缓存和DRAM缓存，PCM访存用来存放被写过的PCM页面，DRAM缓存用来存放被访问过的DRAM页面，时刻t，当有写操作发生在PCM页面且该页面在PCM缓存中且该页面的脏位为1时，在DRAM中或DRAM缓存中寻找替换页面，启动迁移，请求计数器加1。请求计数器每隔内存引用距离的整数倍重新开始计数，同时将PCM缓存中页面的脏位全部置0。然后令t＝t+1，重新执行以上步骤；本发明专利技术用于页面写热度预测领域。

A Prediction Method of Write Hot Pages Based on Memory Access

A writing hot page prediction method based on memory access, the invention relates to a writing hot page prediction method based on memory access. The purpose of the present invention is to solve the problems of low service life and impaired performance of the existing hybrid memory. The invention provides PCM cache and DRAM cache, PCM access memory is used to store written PCM pages, DRAM cache is used to store visited DRAM pages, time t. When a write operation occurs in PCM pages and the dirty bit of the page is 1, the replacement pages are searched in DRAM or DRAM cache, migration is started, and the counter is requested to add 1. The request counter restarts counting every integer multiple of the memory reference distance and sets all dirty bits of pages in the PCM cache to 0. Then let t=t+1, and re-execute the above steps; the invention is used in the field of page writing heat prediction.

【技术实现步骤摘要】
一种基于存储器访问的写热页面预测方法
本专利技术涉及基于存储器访问的写热页面预测方法。
技术介绍
为了满足现代系统对存储器内存的大容量和低功耗的要求，DRAM与非易失性存储器构成的混合型内存得到了广泛的应用。在非易失存储器中相变存储器PCM(PhaseChangeMemory)已经成为学术界和工业界的新宠。相比于传统DRAM，PCM持久性内存具有静态功率低，存储密度高，按字节寻址的能力和数据持久力高等优点，这些优点为存储器的高效性能带来了巨大的挑战和机遇。尽管PCM优点众多，但其较高的写入延时和较低的写耐受力限制了PCM的使用寿命。在PCM和DRAM的混合主存储器设计中，混合主存利用DRAM的低延迟和高耐受性来弥补PCM在这方面的缺陷。如何提高平行混合架构中PCM的使用寿命成为目前的研究热点。页面迁移算法是被广泛采用的用于提高混合存储器耐受性的一种方法。对于混合存储器，先前的页面替换方案明显的存在2个问题：(1)以前的分配策略对未来的写预测并不十分准确，是很多写频繁页留在了PCM中；(2)以前的分配策略都需要操作系统(OS)的干预。虽然操作系统辅助的页面迁移方法可能有助于节省能源，但与基于硬件的内存控制器设计相比，OS操作不会立即有效地响应,而基于硬件的纯内存控制器设计可以立即有效响应，并在DRAM和PCM之间进行交换页面，且对操作系统是透明的。应用程序可以在不修改操作系统的情况下获得合理的性能优势。综上，(1)以前的分配策略对未来的写预测并不十分准确，是很多写频繁页留在了PCM中；(2)以前的分配策略都需要操作系统(OS)的干预，导致混合内存使用寿命低、性能受损。
技术实现思路
本专利技术目的是为了解决现有混合存储器使用寿命低、性能受损的问题，而提出一种基于存储器访问的写热页面预测方法。一种基于存储器访问的写热页面预测方法具体过程为：步骤1、t时刻，当有页面P被访存时，首先判断该操作发生在哪种存储介质中：如果发生在DRAM中且页面P不在DRAM缓存中，将页面P放入DRAM缓存中，进入步骤5；如果发生在DRAM中且页面P在DRAM缓存中，进入步骤5；如果发生在PCM中，进入步骤2；所述DRAM为动态随机存取存储器；所述PCM为非易失存储器中相变存储器；步骤2、如果发生在PCM中的操作是读操作，进入步骤5；如果发生在PCM中的操作是写操做且页面P不在PCM缓存中，将页面P加入PCM缓存中，进入步骤5；如果发生在PCM中的操作是写操做且页面P在PCM缓存中且页面P的dirty_bit是1，进入步骤3；如果发生在PCM中的操作是写操做且页面P在PCM缓存中且页面P的dirty_bit是0，进入步骤5；步骤3、在DRAM中寻找替换页面，如果存在替换页面V，则进入步骤4，否则进入步骤5；步骤4、将页面P与页面V进行交换，进入步骤5；步骤5、存储器请求计数器加1，进入步骤6；步骤6、如果存储器请求计数器是inter-referencedistance的整数倍，则PCM缓存中所有页面的dirty_bit全部置0，令t＝t+1，重新执行步骤1至步骤6；如果存储器请求计数器不是inter-referencedistance的整数倍且页面P在PCM缓存中，则将页面P的dirty_bit置1，令t＝t+1，重新执行步骤1至步骤6；如果存储器请求计数器不是inter-referencedistance的整数倍且页面P不在PCM缓存中，令t＝t+1，重新执行步骤1至步骤6；所述inter-referencedistance为内部引用距离。本专利技术的有益效果为：本专利技术使用内部引用距离inter-referencedistance作为页面写热度判断指标，首创利用内部引用距离inter-referencedistance预测未来页面写操作热度，利用便于硬件实现的内部引用距离，通过对访存页面的实时监测及适当的迁移，可以精准的选出写热页面，使大量的写操作发生在DRAM中，减少了PCM中的写操作数量，延长了混合存储器使用寿命，避免了混合存储器性能受损的问题。实验结果表明，相较于传统的RaPP算法和无迁移算法，本专利技术使在PCM中的写入操作分别平均减少了57.16％和66.5％。附图说明图1为本专利技术存储器示意图；图2为本专利技术一种基于存储器访问的写热页面预测方法、传统RaPP算法、无迁移算法中PCM中写操作数量对比图；图3为本专利技术一种基于存储器访问的写热页面预测方法、传统RaPP算法、无迁移算法中PCM操作平均延时对比图。具体实施方式具体实施方式一：本实施方式一种基于存储器访问的写热页面预测方法具体过程为：步骤1、t时刻，当有页面P被访存时，首先判断该操作发生在哪种存储介质中：如果发生在DRAM中且页面P不在DRAM缓存中，将页面P放入DRAM缓存中，进入步骤5；如果发生在DRAM中且页面P在DRAM缓存中，进入步骤5；如果发生在PCM中，进入步骤2；所述DRAM(DynamicRandomAccessMemory)为动态随机存取存储器；所述PCM为非易失存储器中相变存储器；步骤2、如果发生在PCM中的操作是读操作，进入步骤5；如果发生在PCM中的操作是写操做且页面P不在PCM缓存中，将页面P加入PCM缓存中，进入步骤5；如果发生在PCM中的操作是写操做且页面P在PCM缓存中且页面P的dirty_bit是1，进入步骤3；如果发生在PCM中的操作是写操做且页面P在PCM缓存中且页面P的dirty_bit是0，进入步骤5；步骤3、在DRAM中寻找替换页面，如果存在替换页面V，则进入步骤4，否则进入步骤5；步骤4、将页面P与页面V进行交换，进入步骤5；步骤5、存储器请求计数器加1，进入步骤6；步骤6、如果存储器请求计数器是inter-referencedistance的整数倍，则PCM缓存中所有页面(如过步骤3不发生就是p,发生了就是v)的dirty_bit全部置0，令t＝t+1，重新执行步骤1至步骤6；所述dirtybit为重要标识位；如果存储器请求计数器不是inter-referencedistance的整数倍且页面P在PCM缓存中，则将页面P的dirty_bit置1，令t＝t+1，重新执行步骤1至步骤6；如果存储器请求计数器不是inter-referencedistance的整数倍且页面P不在PCM缓存中，令t＝t+1，重新执行步骤1至步骤6；所述inter-referencedistance为内部引用距离。具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是，所述步骤3中在DRAM中寻找替换页面，具体过程为：判断DRAM中是否存在空页面：若存在空页面，该DRAM中空页面作为替换页面，若不存在空页面，判断DRAM中是否存在没有被访存过的页面：若存在没有被访存过的页面，该DRAM中没有被访存过的页面作为替换页面，若不存在没有被访存过的页面，判断DRAM中是否存在连续m次没有被访存过的页面：若存在连续m次没有被访存过的页面，该DRAM中连续m次没有被访存过的页面作为替换页面，若不存在连续m次没有被访存过的页面，则不存在替换页面。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是，所述1≤m≤20。其它步骤及参数本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于存储器访问的写热页面预测方法，其特征在于：所述方法具体过程为：步骤1、t时刻，当有页面P被访存时，首先判断该操作发生在哪种存储介质中：如果发生在DRAM中且页面P不在DRAM缓存中，将页面P放入DRAM缓存中，进入步骤5；如果发生在DRAM中且页面P在DRAM缓存中，进入步骤5；如果发生在PCM中，进入步骤2；所述DRAM为动态随机存取存储器；所述PCM为非易失存储器中相变存储器；步骤2、如果发生在PCM中的操作是读操作，进入步骤5；如果发生在PCM中的操作是写操做且页面P不在PCM缓存中，将页面P加入PCM缓存中，进入步骤5；如果发生在PCM中的操作是写操做且页面P在PCM缓存中且页面P的dirty_bit是1，进入步骤3；如果发生在PCM中的操作是写操做且页面P在PCM缓存中且页面P的dirty_bit是0，进入步骤5；步骤3、在DRAM中寻找替换页面，如果存在替换页面V，则进入步骤4，否则进入步骤5；步骤4、将页面P与页面V进行交换，进入步骤5；步骤5、存储器请求计数器加1，进入步骤6；步骤6、如果存储器请求计数器是inter‑reference distance的整数倍，则PCM缓存中所有页面的dirty_bit全部置0，令t＝t+1，重新执行步骤1至步骤6；如果存储器请求计数器不是inter‑reference distance的整数倍且页面P在PCM缓存中，则将页面P的dirty_bit置1，令t＝t+1，重新执行步骤1至步骤6；如果存储器请求计数器不是inter‑reference distance的整数倍且页面P不在PCM缓存中，令t＝t+1，重新执行步骤1至步骤6；所述inter‑reference distance为内部引用距离。...

【技术特征摘要】
1.一种基于存储器访问的写热页面预测方法，其特征在于：所述方法具体过程为：步骤1、t时刻，当有页面P被访存时，首先判断该操作发生在哪种存储介质中：如果发生在DRAM中且页面P不在DRAM缓存中，将页面P放入DRAM缓存中，进入步骤5；如果发生在DRAM中且页面P在DRAM缓存中，进入步骤5；如果发生在PCM中，进入步骤2；所述DRAM为动态随机存取存储器；所述PCM为非易失存储器中相变存储器；步骤2、如果发生在PCM中的操作是读操作，进入步骤5；如果发生在PCM中的操作是写操做且页面P不在PCM缓存中，将页面P加入PCM缓存中，进入步骤5；如果发生在PCM中的操作是写操做且页面P在PCM缓存中且页面P的dirty_bit是1，进入步骤3；如果发生在PCM中的操作是写操做且页面P在PCM缓存中且页面P的dirty_bit是0，进入步骤5；步骤3、在DRAM中寻找替换页面，如果存在替换页面V，则进入步骤4，否则进入步骤5；步骤4、将页面P与页面V进行交换，进入步骤5；步骤5、存储器请求计数器加1，进入步骤6；步骤6、如果存储器请求计数器是inter-referencedistance的整数倍，则PCM缓存中所有页面的dirty_bit全部置0，令t＝t+1，重新执行步骤1至步骤6；如果存储器请求计数器不是inter-r...

【专利技术属性】
技术研发人员：王进祥，牛娜，付方发，苑嘉才，来逢昌，王永生，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23