一种面向异构内存的可重构内存管理系统技术方案

本发明专利技术公开了一种面向异构内存的可重构内存管理系统，包括：页面管理模块、管理策略模块、决策管理模块以及策略转换模块：所述页面管理模块，用于负责页面分配和页面迁移操作；所述管理策略模块，用于保存预设的内存管理策略集，并根据操作系统当前运行的内存管理策略，对页面分配和页面迁移操作进行处理；所述决策管理模块，用于接收策略转换请求，经过处理后形成策略转换决策；所述策略转换模块，用于响应所述策略转换决策，将当前运行的内存管理策略向与所述策略转换决策对应的目标内存管理策略进行转换。将原来由内存控制器负责的相关功能转交给操作系统，从而使得异构内存系统的架构和管理策略更加灵活，可以根据应用特征进行动态调整。

A reconfigurable memory management system for heterogeneous memory

The invention discloses a memory for heterogeneous reconfigurable memory management system, including: page management module, management module, management module and decision strategy conversion module: the page management module, responsible for the page allocation and page migration operation; the management module for memory management strategy to save a preset set and, according to the memory management strategy of operating system is currently running, processing the page allocation and page migration operation; the decision management module, for receiving the conversion strategy request, after processing the formation of strategy transformation decision; the strategy conversion module, in response to the policy decision-making, target memory management memory management strategy the operation strategy and the strategy to convert decision corresponding conversion. The original memory controller is responsible for the related functions to the operating system, which makes the heterogeneous memory system architecture and management strategy more flexible, can be dynamically adjusted according to the application characteristics.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于计算机
，更具体地，涉及一种面向异构内存的可重构内存管理系统。
技术介绍
非易失性存储器(NonvolatileMemory，NVM)是一类新型存储介质，以相变化内存(PhaseChangeMemory，PCM)、自旋转移力矩随机内存(SpinTransferTorqueRandomAccessMemory，STT-RAM)、电阻式随机内存(ResistiveRandomAccessMemory，ReRAM)和忆阻器为代表。与目前常用的静态随机存储器(StaticRandomAccessMemory，SRAM)和动态随机存储器(DynamicRandomAccessMemory，DRAM)相比，其具有按位存取能力、断电后数据不丢失、存储密度大、静态功耗低、动态功耗高、可扩展性强等特征；但是相较于DRAM，NVM通常又有着相近的读延迟，慢一个或几个数量级的写延迟，以及写入次数限制等，在性能上有一定的劣势。然而单独使用NVM作为系统内存使用存在很多缺陷，无法达到当今计算机内存系统的要求。因此出现了将DRAM与NVM一起连接到内存总线上以构成异构内存的方式，从而可以结合两者的优势，具有大容量、高性能、非易失性的特征。在异构内存系统中，连接到内存总线上的DRAM和PCM分别由各自的内存控制器负责，上层总控制器统一负责各内存系统中数据的调度。异构内存系统在相同的物理架构上，其实现的逻辑架构有并列架构和缓存架构两种方式。异构内存系统的理论最佳性能是整个异构内存系统能够实现DRAM器件的性能、PCM器件的容量。为了达到这一目的，研究人员基于两种逻辑架构，结合异构内存特性，如NVM读快写慢、寿命限制、静态功耗低、动态功耗高等，进行了许多的管理策略研究。然而在具体使用中，任何一种架构与管理策略都存在着一定的适用范围，若应用在不合适的架构或管理策略上运行时，会导致对NVM的读写次数增多、页面在DRAM与NVM间频繁迁移、内存带宽竞争等问题，出现严重的性能损失与功耗开销，其性能甚至会低于仅使用NVM器件时的性能，相应的也会导致相当大的功耗开销与NVM的寿命降低。目前可以通过对内存管理策略或者架构进行大幅度调整来改善系统中的性能损失问题。但是由于现有的内存架构与管理策略与内存控制器存在紧密关联，导致调整操作很难进行，且无法快速实现。因此，如何能够对现有架构或管理策略实现快速、低开销地进行灵活的调整是业界亟需解决的难题。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种面向异构内存的可重构内存管理系统，其目的在于使得对异构内存系统的架构和管理策略的调整更加灵活，可以根据内存使用状态信息以及应用特征进行动态调整，由此解决现有内存系统的架构及管理策略难以根据应用访存特征进行动态调整的技术问题。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种面向异构内存的可重构内存管理系统，其特征在于，包括：页面管理模块、管理策略模块、决策管理模块以及策略转换模块：所述页面管理模块与所述管理策略模块以及所述策略转换模块相连；所述管理策略模块与所述策略转换模块相连；所述策略转换模块与所述决策管理模块相连；所述页面管理模块，用于负责页面分配和页面迁移操作；所述管理策略模块，用于保存预设的内存管理策略集，并根据操作系统当前运行的内存管理策略，对页面分配和页面迁移操作进行处理；所述决策管理模块，用于接收策略转换请求，经过处理后形成策略转换决策；所述策略转换模块，用于响应所述策略转换决策，将当前运行的内存管理策略向与所述策略转换决策对应的目标内存管理策略进行转换。优选地，所述预设的内存管理策略集中包括N个内存策略模块，每个内存策略模块包括映射表、与所述映射表对应的数据结构与页面管理函数，其中，不同的异构内存架构封装为不同的映射表，不同的管理策略封装为不同的数据结构与页面管理函数。优选地，所述页面管理模块具体用于执行下述操作：(1)等待接收所述管理策略模块与所述策略转换模块发送的页面分配请求和/或页面迁移请求，收到请求后进行步骤(2)；(2)若接收到的请求是页面分配请求，则转向步骤(3)，否则转向步骤(4)；(3)按照所述页面分配请求中的信息，从相应地址空间分配页面；(4)若接收到的请求是页面迁移请求，则转向步骤(5)；(5)按照所述页面迁移请求中的信息，将待迁移页面加入页面迁移队列，检查所述页面迁移队列中是否存在重复或冲突的迁移操作，若存在，则进行合并或删除处理，然后转入步骤(6)；(6)检测是否到达预设时钟周期，如果到达，进行步骤(7)；(7)从所述页面迁移队列中取出一项进行页面迁移操作，完成后进行步骤(8)；(8)按照所述页面迁移队列中的记录，修改相应映射关系表，完成后进行步骤(9)；(9)判断所述页面迁移队列是否为空，如果不为空，转向步骤(7)；若为空，则继续执行步骤(1)。优选地，所述管理策略模块具体用于执行下述操作：(1)等待接收操作系统发送的缺页中断请求、页面迁移请求以及所述策略转换模块发送的策略转换决策请求，收到请求后进行步骤(2)；(2)若接收到缺页中断请求，则转向步骤(3)；(3)按照当前运行的内存策略模块中的管理策略，决定进行页面分配的地址空间，并执行步骤(4)；(4)根据管理策略生成操作请求，向所述页面管理模块发送所述操作请求；(5)若接收到页面迁移请求，则执行步骤(6)；(6)按照当前运行的内存策略模块中的管理策略，决定进行页面迁移操作的地址空间以及页面替换操作，并执行步骤(4)；(7)若接收到策略转换决策请求，则执行步骤(8)；(8)进入策略转换阶段，产生系统中断，暂停内存中的数据操作，执行步骤(9)；(9)载入新的内存策略模块，执行步骤(10)；(10)向所述策略转换模块发送所述新策略模块的相关信息，执行步骤(11)；(11)等待接收所述策略转换模块发回的处理方案，若收到则执行步骤(12)；否则继续等待；(12)按照所述处理方案执行映射表、数据结构和页面管理函数的更新操作，并删除更新之前的原始数据，执行步骤(13)；(13)向所述策略转换模块发送处理方案完成应答，并继续执行步骤(1)。优选地，所述决策管理模块具体用于执行下述操作：(1)等待接收用户通过软件接口发送的运行模式转换请求、策略转换请求，收到请求后执行步骤(2)；(2)若接收到模式转换请求，则执行步骤(3)，否则执行步骤(8)；(3)若模式转换请求为将手动模式转换为自动模式，则执行步骤(4)，否则执行步骤(7)；(4)启动预设的决策模型，获取决策数据，执行步骤(5)；(5)监控内存状态，根据收集到的相关信息，判断是否需要调整异构内存架构和管理策略，若需要则执行步骤(6)；(6)向所述策略转换模块发送策略转换决策；(7)若模式转换请求为将自动模式转换为手动模式，则关闭预设决策模型的运行，停止收集内存状态与应用特征相关信息，并删除已收集和保存的数据；(8)若收到策略转换决策请求，执行步骤(9)；(9)根据所述策略转换决策请求中的目标内存策略模块与当前运行的策略模块形成策略转换决策，执行步骤(6)。优选地，所述策略转换模块具体用于执行以下操作：(1)等待接收所述决策管理模块发送的策略转换决策请求，若收到则执行步骤(2)；(2)暂停所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种面向异构内存的可重构内存管理系统，其特征在于，包括：页面管理模块、管理策略模块、决策管理模块以及策略转换模块：所述页面管理模块与所述管理策略模块以及所述策略转换模块相连；所述管理策略模块与所述策略转换模块相连；所述策略转换模块与所述决策管理模块相连；所述页面管理模块，用于负责页面分配和页面迁移操作；所述管理策略模块，用于保存预设的内存管理策略集，并根据操作系统当前运行的内存管理策略，对页面分配和页面迁移操作进行处理；所述决策管理模块，用于接收策略转换请求，经过处理后形成策略转换决策；所述策略转换模块，用于响应所述策略转换决策，将当前运行的内存管理策略向与所述策略转换决策对应的目标内存管理策略进行转换。

【技术特征摘要】
1.一种面向异构内存的可重构内存管理系统，其特征在于，包括：页面管理模块、管理策略模块、决策管理模块以及策略转换模块：所述页面管理模块与所述管理策略模块以及所述策略转换模块相连；所述管理策略模块与所述策略转换模块相连；所述策略转换模块与所述决策管理模块相连；所述页面管理模块，用于负责页面分配和页面迁移操作；所述管理策略模块，用于保存预设的内存管理策略集，并根据操作系统当前运行的内存管理策略，对页面分配和页面迁移操作进行处理；所述决策管理模块，用于接收策略转换请求，经过处理后形成策略转换决策；所述策略转换模块，用于响应所述策略转换决策，将当前运行的内存管理策略向与所述策略转换决策对应的目标内存管理策略进行转换。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述预设的内存管理策略集中包括N个内存策略模块，每个内存策略模块包括映射表、与所述映射表对应的数据结构与页面管理函数，其中，不同的异构内存架构封装为不同的映射表，不同的管理策略封装为不同的数据结构与页面管理函数。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述页面管理模块具体用于执行下述操作：(1)等待接收所述管理策略模块与所述策略转换模块发送的页面分配请求和/或页面迁移请求，收到请求后进行步骤(2)；(2)若接收到的请求是页面分配请求，则转向步骤(3)，否则转向步骤(4)；(3)按照所述页面分配请求中的信息，从相应地址空间分配页面；(4)若接收到的请求是页面迁移请求，则转向步骤(5)；(5)按照所述页面迁移请求中的信息，将待迁移页面加入页面迁移队列，检查所述页面迁移队列中是否存在重复或冲突的迁移操作，若存在，则进行合并或删除处理，然后转入步骤(6)；(6)检测是否到达预设时钟周期，如果到达，进行步骤(7)；(7)从所述页面迁移队列中取出一项进行页面迁移操作，完成后进行步骤(8)；(8)按照所述页面迁移队列中的记录，修改相应映射关系表，完成后进行步骤(9)；(9)判断所述页面迁移队列是否为空，如果不为空，转向步骤(7)；若为空，则继续执行步骤(1)。4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述管理策略模块具体用于执行下述操作：(1)等待接收操作系统发送的缺页中断请求、页面迁移请求以及所述策略转换模块发送的策略转换决策请求，收到请求后进行步骤(2)；(2)若接收到缺页中断请求，则转向步骤(3)；(3)按照当前运行的内存策略模块中的管理策略，决定进行页面分配的地址空间，并执行步骤(4)；(4)根据管理策略生成操作请求，向所述页面管理模块发送所述操作请求；(5)若接收到页面迁移请求，则执行步骤(6)；(6)按照当前运行的内存策略模块中的管理策略，决定进行页面迁移操作的地址空间以及页面替换操作，并...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴松，周放，金海，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42