[发明专利]一种基于页面热度的异构内存管理方法

说明书

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。

技术领域

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

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究热点。

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—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。

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—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迁移到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内存进行页面迁移，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。

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

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迁移，由此解决异构内存中能耗高的技术问题。

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：

(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：对于每一个热页面选取任意一个冷页面进行组合，估算冷热页面迁移后的节能值，按照节能值降序排列，选择冷热页面匹配，根据匹配结果迁移页面，使得能耗降低。