一种面向非易失性内存的高效且损耗均衡的分配器的设计与实现

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非易失性内存(Non-Volatile Memory,NVM)拥有读写速度快、可字节寻址、可持久化等特性,在未来很有可能成为计算机系统主存的替代品。但是,写入不均衡问题会限制NVM的使用,即对某一块NVM地址的频繁写入会永久地损坏NVM,这类问题也被称为损耗均衡问题。在大多数场合中,应用程序通过内存分配器来申请内存。由于传统的内存分配器没有将损耗均衡问题考虑在内,所以它们无法适用于NVM。一个较差的分配器会导致NVM在极短的时间内损坏。于是,研究者提出了许多面向NVM的内存分配器。但是,我们的实验表明,它们的性能、损耗均衡策略以及总内存消耗均无法达到一个较优的范围。考虑到这样的情况,本文研究一种面向NVM的高效、可伸缩、具有精细损耗均衡策略、内存消耗低的内存分配器,称为Wamalloc。针对高效、可伸缩的特性,采用了线程缓存和底层优化的手段;针对损耗均衡,本文提出了一个混合的策略;为了满足低内存消耗,本文采用了一些精细的设计和实现。我们用C语言实现了Wamalloc的原型,它作为用户态的库,不需要涉及操作系统和硬件的修改。在实验阶段,我们将Wamalloc在三个指标上(损耗均衡、内存使用、分配延迟)与NVMalloc进行了比较;在一个指标上(分配延迟)与glibc malloc进行了比较。NVMalloc是NVM分配器的主流代表,而glibc malloc是传统内存分配器的主流代表。Wamalloc的损耗均衡性能比NVMalloc提升了30%。Wamalloc的内存使用比NVMalloc减少了60%。Wamalloc的分配延迟分别比NVMalloc和glibc malloc减少了97%和98%。
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