非易失性內(nèi)存的磨損均衡與管理優(yōu)化研究.pdf

1、近年來，隨著信息化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化的快速發(fā)展，嵌入式終端已成為云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)以及大數(shù)據(jù)應(yīng)用的重要元素。同時(shí)，其廣闊的應(yīng)用前景也為嵌入式系統(tǒng)的存儲(chǔ)管理與設(shè)計(jì)帶來了新的挑戰(zhàn)。當(dāng)前，作為嵌入式系統(tǒng)內(nèi)存的動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（DRAM），因其在能耗、擴(kuò)展性、可靠性方面的缺陷，而成為制約嵌入式系統(tǒng)發(fā)展的關(guān)鍵因素之一。因此，迫切需要新的替代技術(shù)來突破這個(gè)瓶頸。以相變存儲(chǔ)器為代表的新型非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)，因其具有非易失性、低能耗、低延遲、高密度和易

2、擴(kuò)展等優(yōu)勢(shì)，使突破“存儲(chǔ)墻”和“能耗墻”等重大問題變成可能，而得到國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的高度重視。然而，由于目前新型非易失性存儲(chǔ)器普遍存在寫入耐久性低、多層單元性能低等缺陷，限制了其在內(nèi)存方面的廣泛應(yīng)用。
　　為此，考慮到嵌入式系統(tǒng)面向特定應(yīng)用且資源受限，本文首先就新型非易失性存儲(chǔ)器的壽命問題，進(jìn)行了基于多倍存儲(chǔ)空間的磨損均衡研究。然后，為解決新型非易失性存儲(chǔ)器中多層單元性能低的問題，對(duì)狀態(tài)可變的新型非易失性存儲(chǔ)器磨損均衡進(jìn)行了研

3、究。接下來，針對(duì)移動(dòng)虛擬化環(huán)境中的存儲(chǔ)挑戰(zhàn)，開展終端虛擬化環(huán)境中基于非易失性內(nèi)存的管理研究。本文主要研究?jī)?nèi)容如下：
　?、偾度胧匠绦蛴兄潭ǖ脑L問模式，大部分的寫操作通常集中于少數(shù)程序變量，這將加快非易失性內(nèi)存的磨損。對(duì)此，借助嵌入式程序的訪問特征，在軟件編譯層設(shè)計(jì)基于多倍存儲(chǔ)空間的磨損均衡技術(shù)。該技術(shù)結(jié)合多倍存儲(chǔ)空間技術(shù)，并根據(jù)程序變量的寫操作信息，在軟件編譯層為變量分配最佳的空間大小及地址，以實(shí)現(xiàn)非易失性存儲(chǔ)器的磨損均衡。

4、r>　?、谛滦头且资源鎯?chǔ)器的多層單元具有較高密集性的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)也存在壽命短和性能低的缺陷。對(duì)此，借助嵌入式程序的訪問特征和多層單元的特性，在軟件編譯層設(shè)計(jì)了基于狀態(tài)可變的新型非易失性存儲(chǔ)器磨損均衡技術(shù)。該技術(shù)動(dòng)態(tài)地配置新型非易失性存儲(chǔ)器上的單層單元和多層單元，并將延遲低和壽命較長(zhǎng)的單層單元分配給頻繁進(jìn)行寫操作的變量，以改善非易失性內(nèi)存的壽命和性能。
　　③終端虛擬化具有安全性、隔離性和低成本等優(yōu)勢(shì)，但其較高的內(nèi)存需求也給嵌入式系

5、統(tǒng)帶來了新的挑戰(zhàn)。對(duì)此，針對(duì)虛擬機(jī)的內(nèi)存需求和新型非易失性存儲(chǔ)器的特性，在移動(dòng)虛擬化環(huán)境中設(shè)計(jì)了一個(gè)高效的單層單元和多層單元內(nèi)存頁分配策略。該策略構(gòu)建了單個(gè)虛擬機(jī)內(nèi)的內(nèi)存動(dòng)態(tài)分配模型和跨虛擬機(jī)的內(nèi)存分配模型，以滿足各虛擬機(jī)對(duì)內(nèi)存資源的差異化需求。
　　最后，針對(duì)上述優(yōu)化技術(shù)，本文采用相應(yīng)的模擬器和嵌入式開發(fā)板進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了上述技術(shù)能有效地提高嵌入式系統(tǒng)中新型非易失性內(nèi)存的壽命、狀態(tài)可變的新型非易失性內(nèi)存的壽命和性能，并能