[发明专利]透明硬件辅助存储器解压缩

说明书

提供了使用最小化或消除软件参与的硬件解压缩器来进行存储器解压缩的方法和系统。自定义解压缩硬件被添加到存储器子系统中，其中解压缩硬件通过读取压缩块，将其解压缩到内部缓冲区中并返回块的请求部分，来处理由例如高速缓存未命中或从设备到压缩存储器块的请求引起的读取访问。自定义硬件设计用于通过检查访问的物理地址的未使用的高位来确定块是否被压缩，并确定压缩参数。这允许在没有附加元数据的情况下实现压缩，因为必要的元数据可以存储在现有页表结构中的未使用的位中。

相关申请的交叉引用

本申请要求2015年2月13日提交的美国临时专利申请第62/116,053号，其全部公开内容通过引用并入本文。

背景技术

计算机频繁地使用比所有程序使用的总存储器更少量的RAM(随机存取存储器)来操作。实现该结果的各种技术之一包括压缩最近尚未被访问的存储器，以及在访问时解压缩这样的存储器。仅使用软件来解压存储器的成本很高，主要原因包括：(i)涉及内核页故障处置器，交换相关软件层和软件压缩器/解压缩器；(ii)需要存储未压缩的存储器块，从而迫使其它存储器块被压缩或驱逐，这导致额外的能量消耗并且潜在地触发系统中的抖动行为(例如，当存储器总是使用非常小的用户可见的进度压缩和解压缩时)；和(iii)需要将整个未压缩的存储器块写回到RAM，从而增加存储器总线竞争和RAM的能量消耗。

现有的软件存储器压缩方案经受上述问题(i)-(iii)。虽然存在执行压缩和解压缩的一些基于硬件的块，但是这样的压缩器-解压缩器块不能透明地处理高速缓存线路丢失，并且因此仍然经受问题(ii)和(iii)，同时还为所有存储器访问添加硬件开销(类似于问题(i))。

随着时间的推移，提出了用于相同或相似的高级目标的软件和硬件存储器去重的各种方法。去重通过检测和共享具有相同内容的存储器块来节省空间，与压缩相反而是减少存储块所需的空间。然而，这样的软件去重方法存在上述问题(i)-(iii)，而现有硬件去重通常以小粒度(例如，高速缓存行)进行，导致高的元数据开销。现有硬件以及软件去重方案需要查找具有重复内容的块的计算密集型、空间密集型和能源密集型的过程。

发明内容

本发明内容以简化形式介绍了概念的选择，以便提供对本公开的某些方面的基本理解。本发明内容不是对本公开的广泛概述，并且不旨在识别本公开的关键或重要要素或描述本公开的范围。本发明内容只是将本公开的一些概念作为下面提供的具体实施方式的前序。

本公开一般涉及用于存储器解压缩的方法和系统。更具体地，本公开的方面涉及使用设计为最小化或消除软件参与(involvement)的硬件解压缩器来解压缩存储器。

本公开的一个实施例涉及一种硬件解压缩器，其包括布置在处理单元和物理计算机存储器之间的硬件设备，其中硬件设备被配置为：接收存储器访问读取请求，所接收到的请求导致高速缓存未命中或页错误；确定存储器访问读取请求所请求的数据是否在压缩存储器块中；响应于存储器访问读取请求所请求的数据不在压缩存储器块中的确定，将存储器访问读取请求转发到物理计算机存储器；响应于存储器访问读取请求所请求的数据在压缩存储器块中的确定，确定来自压缩存储器块的数据是否已经被先前解压缩并存储在硬件设备本地的专用存储介质中；响应于来自压缩存储器块的数据被存储在存储介质中的确定，响应于存储器访问读取请求从存储介质返回数据；以及响应于来自压缩存储器块的数据未被存储在存储介质中的确定，在存储介质中分配存储空间；从压缩存储器块读取数据；将来自压缩存储器块的读取数据解压缩到存储介质中；以及响应于存储器访问读取请求从存储介质返回解压缩的数据。

在另一个实施例中，解压缩器的硬件设备被配置为：从压缩存储器块读取数据，直到存储器访问读取请求所请求的数据被定位；以及将来自压缩存储器块的读取数据解压缩到存储介质中，仅到所请求的数据被完全检索的点。

在另一个实施例中，解压缩器的硬件设备被配置为通过检查存储关于虚拟存储器页的信息的页表结构的未使用的位来确定存储器访问读取请求所请求的数据是否在压缩存储器块中。