一种基于混合内存架构的内存系统技术方案

一种基于混合内存架构的内存系统，包括第一存储介质、第二存储介质和内存控制器，通过内存控制器获取近期N个被访问页面的访问信息，并依据当前被访问页面的访问信息和近期N个被访问页面的访问信息，获取当前被访问页面的权重值，并依据被访问页面的权重值对该被访问页面进行热页预测，再依据被访问页面的权重值进行页面调度。由于依据访问信息中的访问次数和物理地址对被访问页面进行热页预测，使得热页预测的效率和准确率更高，进而提高内存系统的工作效率。

A memory system based on hybrid memory architecture

A memory system based on hybrid memory architecture, including the first storage medium, the second storage medium and the memory controller, obtains the access information of N recently visited pages through the memory controller, obtains the weight value of the currently visited pages according to the access information of the currently visited pages and the access information of N recently visited pages, and obtains the weight value of the currently visited pages according to the right of the visited pages The hot page prediction of the visited page is based on the heavy value, and then the page scheduling is based on the weight value of the visited page. Because the hot page prediction is based on the number of visits and physical address in the access information, the efficiency and accuracy of the hot page prediction is higher, and the working efficiency of the memory system is improved.

【技术实现步骤摘要】
一种基于混合内存架构的内存系统
本专利技术涉及存储器访问
，具体涉及一种基于混合内存架构的内存系统。
技术介绍
随机存取存储器(randomaccessmemory，RAM)又称作“随机存储器”，是与CPU直接交换数据的内部存储器，也叫主存(内存)。它可以随时读写，而且速度很快，通常作为操作系统或其他正在运行中的程序的临时数据存储媒介。按照存储单元的工作原理，随机存储器又分为静态随机存储器(StaticRAM，SRAM)和动态随机存储器(DynamicRAM，DRAM)。随着数据规模不断增大，内存访问密集的应用不断增多，DRAM渐渐不能满足应用的需求。新兴的存储器件有着更大的存储密度，更低的价格，更低的能耗，但却有着延迟更高，且寿命有限的缺点，不能直接替代DRAM使用。例如，非易失存储器(non-volatilememory,NVM)是指断电后仍能保持数据的一种存储器，具有非易失、按字节存取、存储密度高、低能耗、读写性能接近DRAM，但读写速度不对称，寿命有限的特点。利用这种新型的存储器件和DRAM组成混合内存，可以很好地利用它们各自的优点。一种方式是将DRAM与NVM组成统一的地址空间，数据要么放在DRAM上，要么放在NVM上。由于DRAM与NVM延迟不同，所以将访问更多的热数据存储在DRAM中能大大降低内存的平均访问延迟。随着程序的运行，应用程序的热数据不是一成不变的，数据的冷热程度可能随时发生变化，所以需要根据热度的变化对数据进行迁移，时刻保证热度更高的数据存储在DRAM中。如何准确地识别热数据，并进行迁移，是平行混合内存架构需要解决的重要问题。现有的混合内存页面调度技术主要对传统的LRU、CLOCK算法进行改进，利用局部性原理和读写请求按存储介质存放的基本原则，通过不同的数据结构实现了不同阶段页面的迁移操作。大致可以划分为被动式迁移、主动式迁移和主动和被动相结合的迁移方式。被动式页面迁移策略在主存未命中时将请求数据直接写到DRAM中，而当DRAM写满时便会触发迁移操作，再将访问频率低的冷页面或者读写倾向性不明确的页面迁移到NVM。这种被动迁移方式能够充分利用DRAM高读写带宽的特点，将尽可能多的写操作集中在DRAM，达到增加NVM寿命的目标。但是这种被动式迁移策略，缺乏从NVM到DRAM的写频繁页面迁移，读写预测机制的不足导致NVM写次数减少程度有限。主动式页面迁移策略通过访问频率和访问间隔定义页面的冷热，选择合适的数据结构开发时间局部性和空间局部性，并判断页面的读写倾向性进行相应的页迁移，保证DRAM存放写倾向页面，而NVM存放读倾向页面。这些方法能够有效预测页面的读写热度，在页面表现出读写倾向时执行迁移操作，但是需要较大的空间开销去记录读写访问频率和局部访问热度，并且各算法预测结果也存在较大差异。基于CLOCK提出一种主动和被动相结合的页面调度算法，对DRAM中的页面采取被动方式管理页面迁移到NVM，而对NVM中的页面采用主动方式区分写频繁页面，再迁移到DRAM。主动和被动相结合的页面调度算法能够充分发挥DRAM和NVM两种存储介质的优点，实现的开销也相对较小，但是这种管理方式会造成读写热度判断上的不统一，并且页面迁移比例也会出现差异。这些算法能够有效发挥DRAM写性能上的优势，控制NVM的写操作数量，但是普遍存在以下问题：第一、无法有效避免在混合内存介质之间频繁无效的页迁移，造成不必要的系统开销；第二、对于弱局部性应用场景下数据读写倾向性的预测效果不佳，容易产生不准确的迁移操作；第三、没有能够把尽可能多的读频繁数据迁移到NVM，不能进一步开发NVM读功耗和静态功耗低的优势。其中，所谓的弱时间局部性，从时间角度上讲，访问在时间维度上比较分散，不呈现出某一时间段对某一块数据集中访问的现象，称为弱时间局部性；从空间角度上讲，不呈现对某一地址范围集中访问的特性，称为弱空间局部性。可见，无论采取哪种迁移方式都需要对热页面进行有效的预测，并且对于不同的应用场景缺乏相适应的调度策略，尤其是在局部性较弱的情况下不能准确预测页面的读写热度，容易造成页面迁移频繁的问题，不能充分发挥混合内存系统的I/O性能和节能水平。因此，设计一种合理有效的热页预测器对基于动态页排序的混合内存页面调度策略显得格外重要。
技术实现思路
本专利技术主要解决的技术问题是现有技术中基于混合内存架构的热页预测的缺陷，而提出一种基于混合内存架构的内存系统。根据第一方面，一种基于混合内存架构的内存系统，包括：包括第一存储介质、第二存储介质和内存控制器；其中，第一存储介质的访问延迟小于第二存储介质的访问延迟；所述内存控制器包括热页预测器，用于获取第一存储介质和第二存储介质中近期N个被访问页面的访问信息，还用于当第一存储介质或第二存储介质有页面被访问时，依据当前被访问页面的访问信息和所述近期N个被访问页面的访问信息，获取当前被访问页面的权重值，再依据被访问页面的权重值对该被访问页面进行热页预测；其中所述访问信息包括访问次数和物理地址；所述内存控制器用于将权重值高的页面放置于第一存储介质中。进一步，所述热页预测器包括N个热页预测单元，每个热页预测单元用于记录一个近期被访问页面的访问次数和物理地址，还用于记录该近期被访问页面的权重值。进一步，当当前被访问页面的物理地址没有记录在所述热页预测器中时，所述热页预测器将当前被访问页面的物理地址记录在所述热页预测器中的一个热页预测单元中，并将该热页预测单元中的访问次数设置为1，所述热页预测器依据当前被访问页面的访问次数和物理地址获取该当前被访问页面的权重值，并记录在该热页预测单元中；当当前被访问页面的物理地址记录在所述热页预测器中时，所述热页预测器将记录当前被访问页面的热页预测单元中的访问次数加1，并依据当前被访问页面的访问次数和物理地址对该热页预测单元中的权重值进行更新。当当前被访问页面的物理地址没有记录在所述热页预测器中，且所述热页预测器的热页预测单元都已满时，所述热页预测器应用最近最少使用算法剔除一个页面，并将当前被访问页面记录在该所述热页预测器中；所述第一存储介质用于记录被剔除页面的访问次数作为该被剔除页面下一次进入所述热页预测器中时的历史访问次数，或先对该被剔除页面的访问次数进行量子化处理，将进行量子化处理后的结果作为该被剔除页面下一次进入所述热页预测器中时的历史访问次数；按以下规则对所述访问次数进行量子化处理：当访问次数是0时，则量子化的结果为0；当访问次数是1至8时，则量子化的结果为1；当访问次数是9至31时，则量子化的结果为2；当访问次数大于31时，则量子化的结果为3。当当前被访问页面的物理地址不在所述热页预测器中时，所述热页预测器还用于从所述第一介质读取当前被访问页面的历史访问次数，并将所述历史访问次数记录在该页面的热页预测单元中。进一步，所述热页预测器还包括第一特征权重表、第二特征权重表和/或第三特征权重表；所述第一特征权重表包括多个第一特征索引值和与该索引值相对应本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于混合内存架构的内存系统，其特征在于，包括第一存储介质、第二存储介质和内存控制器；其中，第一存储介质的访问延迟小于第二存储介质的访问延迟；/n所述内存控制器包括热页预测器，用于获取第一存储介质和第二存储介质中近期N个被访问页面的访问信息，还用于当第一存储介质或第二存储介质有页面被访问时，依据当前被访问页面的访问信息和所述近期N个被访问页面的访问信息，获取当前被访问页面的权重值，再依据被访问页面的权重值对该被访问页面进行热页预测；其中所述访问信息包括访问次数和物理地址；/n所述内存控制器用于将权重值高的页面放置于第一存储介质中。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于混合内存架构的内存系统，其特征在于，包括第一存储介质、第二存储介质和内存控制器；其中，第一存储介质的访问延迟小于第二存储介质的访问延迟；
所述内存控制器包括热页预测器，用于获取第一存储介质和第二存储介质中近期N个被访问页面的访问信息，还用于当第一存储介质或第二存储介质有页面被访问时，依据当前被访问页面的访问信息和所述近期N个被访问页面的访问信息，获取当前被访问页面的权重值，再依据被访问页面的权重值对该被访问页面进行热页预测；其中所述访问信息包括访问次数和物理地址；
所述内存控制器用于将权重值高的页面放置于第一存储介质中。


2.如权利要求1所述的内存系统，其特征在于，所述热页预测器包括N个热页预测单元，每个热页预测单元用于记录一个近期被访问页面的访问次数和物理地址，还用于记录该近期被访问页面的权重值。


3.如权利要求2所述的内存系统，其特征在于，当当前被访问页面的物理地址没有记录在所述热页预测器中时，所述热页预测器将当前被访问页面的物理地址记录在所述热页预测器中的一个热页预测单元中，并将该热页预测单元中的访问次数设置为1，所述热页预测器依据当前被访问页面的访问次数和物理地址获取该当前被访问页面的权重值，并记录在该热页预测单元中；
当当前被访问页面的物理地址记录在所述热页预测器中时，所述热页预测器将记录当前被访问页面的热页预测单元中的访问次数加1，并依据当前被访问页面的访问次数和物理地址对该热页预测单元中的权重值进行更新。


4.如权利要求3所述的内存系统，其特征在于，当当前被访问页面的物理地址没有记录在所述热页预测器中，且所述热页预测器的热页预测单元都已满时，所述热页预测器应用最近最少使用算法剔除一个页面，并将当前被访问页面记录在该所述热页预测器中；
所述第一存储介质用于记录被剔除页面的访问次数作为该被剔除页面下一次进入所述热页预测器中时的历史访问次数，或先对该被剔除页面的访问次数进行量子化处理，将进行量子化处理后的结果作为该被剔除页面下一次进入所述热页预测器中时的历史访问次数；
按以下规则对所述访问次数进行量子化处理：
当访问次数是0时，则量子化的结果为0；
当访问次数是1至8时，则量子化的结果为1；
当访问次数是9至31时，则量子化的结果为2；
当访问次数大于31时，则量子化的结果为3。


5.如权利要求4所述的内存系统，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭怡欣，黄兴，汪小林，罗英伟，
申请(专利权)人：北京大学深圳研究生院，鹏城实验室，
类型：发明
国别省市：广东;44