混合頁(yè)緩存系統(tǒng)的性能建模與分析.pdf

1、近年來(lái)，高性能計(jì)算和大數(shù)據(jù)分析的發(fā)展對(duì)頁(yè)緩存系統(tǒng)的容量要求越來(lái)越高，然而動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器(DynamicRandomAccessMemory，DRAM)由于價(jià)格昂貴和擴(kuò)展性差等問(wèn)題限制了頁(yè)緩存的大規(guī)模擴(kuò)充，所以一些研究人員提出結(jié)合非易失性存儲(chǔ)介質(zhì)(Non-volatileMemory,NVM)來(lái)構(gòu)建大規(guī)模的混合頁(yè)緩存系統(tǒng)。但是，從經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的角度來(lái)看，NVM的加入是否能夠提高頁(yè)緩存系統(tǒng)的性能仍是一個(gè)值得探討的問(wèn)題。回答這個(gè)問(wèn)題的關(guān)鍵是，結(jié)

2、合NVM和DRAM在訪問(wèn)性能和價(jià)格方面的差異來(lái)考慮如何設(shè)計(jì)混合頁(yè)緩存系統(tǒng)。
　　本文提出了混合頁(yè)緩存系統(tǒng)的分析模型，從而分析不同的設(shè)計(jì)選擇對(duì)混合頁(yè)緩存系統(tǒng)的性能影響。我們主要考慮了以下幾個(gè)設(shè)計(jì)選擇:(1)不同的架構(gòu)選擇——平行架構(gòu)和分層架構(gòu)，(2)不同的緩存替換策略選擇，以及(3)不同的存儲(chǔ)設(shè)備容量配置。為了分析混合頁(yè)緩存系統(tǒng)的性能，我們刻畫(huà)了頁(yè)緩存系統(tǒng)的訪問(wèn)請(qǐng)求模型，然后使用馬爾科夫過(guò)程來(lái)描述在不同的設(shè)計(jì)選擇下的頁(yè)緩存狀態(tài)分布的

3、變化并推導(dǎo)出了穩(wěn)定時(shí)的狀態(tài)分布，同時(shí)為了解決計(jì)算效率問(wèn)題，我們使用平均場(chǎng)理論來(lái)近似對(duì)穩(wěn)定時(shí)狀態(tài)分布求解，并分別通過(guò)理論分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證證實(shí)了近似過(guò)程的可靠性。隨后為了評(píng)估混合頁(yè)緩存的性能，我們定義了一個(gè)基于訪問(wèn)延遲的頁(yè)緩存性能評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)。
　　基于此模型，我們通過(guò)數(shù)值分析學(xué)習(xí)了如何合理地設(shè)計(jì)頁(yè)緩存系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)在頁(yè)緩存系統(tǒng)的“高吞吐量”和“高靈活性”之間做一個(gè)良好地權(quán)衡。特別地，我們選擇PCM作為非易失存儲(chǔ)介質(zhì)的一個(gè)實(shí)例進(jìn)行數(shù)值分析，分