摘要：元数据管理方法是影响文件系统性能的重要因素.针对现有元数据管理方法存在的查找性能低、适应性差和丢失元数据等问题,设计了面向非易失存储器的元数据管理方法(NVMMDS).首先针对元数据的访问特性和管理要求,给出了NVMMDS的结构和元数据管理流程,混合使用非易失存储器和DRAM存储元数据,为提高元数据查找性能和避免丢失元数据奠定了基础;设计了基于NVBB树的元数据查找算法和基于主动写回的元数据缓存算法,提高了元数据的查找性能,增强了元数据管理方法的适应能力,避免了元数据丢失问题.与现有元数据管理方法进行了分析和比较,在单机文件系统ReiserFs和分布式文件系统pNFS中实现了NVMMDS原型,使用FileBench和多个标准数据集进行了测试与分析,验证了NVMMDS能提高文件系统最大35%的操作处理速度和I/O性能.

摘要：自旋转移力矩磁存储器(spin transfer torque random access memory,STTRAM)和磁阻式随机存储器(magnetic random access memory,MRAM)等新型存储器具有接近于DRAM的访问速度,是构建高性能外存系统和提高计算机系统性能的重要手段,但有限的写次数是其重要局限之一.设计了文件系统级磨损均衡机制,使用Hash函数分散文件在外存中的存储,避免在创建和删除文件时反复分配某些存储块,通过分配文件空间时选择写次数较低的存储块,避免写操作的集中;使用主动迁移策略,在外存系统I/O负载较低时主动迁移写次数较高的数据块,减少磨损均衡机制对I/O性能的影响.最后在开源的基于对象存储设备Open-osd上实现了面向新型存储器文件系统级磨损均衡机制的原型,使用存储系统通用测试工具filebench和postmark的多个通用数据集进行了测试与分析,验证了基于新型存储器的文件系统级磨损均衡机制能稳定地将存储块写次数差减少到原来的1/20左右,同时最高仅损失了6%的I/O性能和增加了0.5%的额外写操作,具有高效和稳定的特性.

摘要：非易失存储器具有接近于DRAM的访问速度,是构建高性能外存系统和提高大数据系统性能的重要手段,但非易失存储器存在写次数有限和写能耗较高等问题.本文引入缓存技术,使用写缓存合并对同一数据的多次写操作,减少对非易失存储器的写次数;使用原始缓存减少写回非易失存储器的数据量;设计了写缓存混合粒度管理算法、双缓存协调算法和缓存空间协调策略,减少了非易失存储器的写数据量,增加外存系统的使用寿命,降低了外存系统能耗,提高了I/O性能.最后在开源基于对象存储设备Open-osd上,实现了面向非易失存储器外存系统缓存机制的原型,使用存储系统通用测试工具Filebench和Postmark、以及多个通用数据集进行了测试与分析,验证了面向非易失存储器外存系统缓存机制能减少21%-77%的外存写数据量,提高了8%-37%的I/O性能,检验了面向非易失存储器外存系统缓存机制的有效性.

摘要：新型非易失存储器是下一代计算机内存最具潜力的候选之一.基于非易失存储器构建持久性内存系统面临着2方面挑战:保证数据安全性、优化写操作.为此,现有工作提出加密和完整性检测技术以保证安全性,同时提出选择重加密策略以优化写操作.这些技术在持久性内存中引入多种元数据,但尚无研究工作综合考虑各类元数据特性以实现高效管理.为解决此问题,提出一种面向安全持久性内存的元数据协同管理方法(coordinated metadata management for secure persistent memory,COTANA).COTANA将加密和选择重加密元数据整合在相同块中,以减少加解密时元数据访问开销.同时,COTANA将整合后的块作为叶子结点构建完整性检测树,并通过将消息鉴别码放置在纠错码芯片中避免额外访问延迟.此外,通过实验发现数据块中不同字节存在不同修改频率.在选择重加密时,COTANA采用动态数据分片策略,从现有的连续分片方法和针对修改频率规律设计的聚集分片方法中动态选择造成位翻转最少的方法.实验结果显示,与采用最新的元数据管理方法和选择重加密策略的系统相比,COTANA最多能提升13.7%的性能,并减少21.3%的位翻转.

摘要：新型非易失性存储器(non-volatile memory,NVM)技术日渐成熟,延迟越来越低,带宽越来越高,未来将不仅有可能取代以动态随机存储器(dynamic random access memory,DRAM)为代表的易失型存储设备在主存中的垄断地位,还有可能取代传统Flash和机械硬盘作为外存服务未来的计算机系统.如何综合各类新型存储的特性,设计高能效的存储架构,实现可应对大数据、云计算所需求的新型主存系统已经成为工业界和学术界的研究热点.提出基于高性能SOC FPGA阵列的NVM验证架构,互联多级FPGA,利用多层次FPGA结构扩展链接多片NVM.依据所提出的验证架构,设计了基于多层次FPGA的主从式NVM控制器,并完成适用于该架构的硬件原型设计.该架构不仅可以实现测试同类型多片NVM协同工作,也可以进行混合NVM存储管理方案验证.

摘要：图划分是大图数据并行计算的基础,目前主要采用分布式算法实现大图划分.非易失存储器(Non-Volatile Memory,NVM)速度接近动态随机存储器(Dynamic Random Access Memory,DRAM),且具有低功耗、高密度、低时延等优点,本文针对分布式图划分算法难以分析和调试等问题,设计了基于混合内存的单机图划分算法框架.作者提出了基于邻边结构的图划分结果动态缓存管理策略(AeFdy),以提高缓存区邻居节点的搜索效率.在17种真实应用数据上的实验结果表明,采用新方法的平均图划分速度是基于邻点结构算法的4.9倍.本文还针对NVM寿命有限的问题,设计了基于内存页读写特征的迁移算法,实现了NVM写操作受限条件下的迁移优化方案.相对于Linux Swap、M-CLOCK、***混合内存管理策略,使用AeFdy策略的性能分别提升了128.5%、87.4%与50.4%.仿真实验结果表明,本文设计的混合内存管理方法实现了NVM+DRAM高效协同.

摘要：为适应底层存储架构的变化,上层数据库系统已经经历了多轮的演化与变革.在大数据环境下,以非易失、大容量、低延迟、按字节寻址等为特征的新型非易失存储器件(NVM)的出现,势必对数据库系统带来重大影响,相关的存储与事务处理技术是其中值得关注的重要环节.首先,概述了事务型数据库系统随存储环境发展的历史与趋势;然后,对影响上层数据管理系统设计的非易失性存储技术以及面向大数据应用领域与硬件环境优化的事务技术进行综述与分析;最后,对非易失存储环境下事务型数据库面临的挑战与研究趋势进行了展望.

摘要：机载设备非易失存储器中存储的故障信息是故障排查的重要依据。当前机载设备往往采用事件触发的记录方式,该方式存在消耗时间动态范围宽、可拓展性不强,适用范围窄的缺点。本文设计实现一种故障记录机制,克服现有记录机制的不足。首先,明确了常用非易失存储器的特点;其次,设计了故障信息内容格式;然后,设计了故障记录机制;最后以EEPROM为例,实现了该记录机制。

摘要：基于电荷存储的传统非易失存储技术越来越难以满足大数据时代对海量信息的存储需求,亟需发展基于新材料、新原理的非易失存储技术。基于阳离子电化学效应的阻变存储器具有结构简单、速度快、功耗低、可缩小性好、易于三维集成等优点,被认为是下一代非易失存储器的有力竞争者。然而,器件参数离散性大以及阻变机制不清晰严重阻碍了该类器件的快速发展。近几年,国内外学者通过材料和结构的优化设计显著提高了器件的性能,借助先进的表征技术阐明了器件电阻转变的微观机制,为阳离子基阻变存储器的大规模生产和应用奠定了科学基础。从材料改性、器件结构设计和微观机制表征三个方面综述了阳离子基阻变存储器的研究进展,并对其未来的研究方向和发展趋势进行了展望。

摘要：利用在一个单元上可以存储多位信息的赛道存储单元,设计了在近阈值电源电压下工作的非易失SRAM。通过恰当选择赛道存储单元的设计参数,并利用正向衬底偏压等技术,使其能在近阈值电源电压(0.5V)下可靠工作。该非易失SRAM与电源门控技术配合使用,可以解决在近阈值环境下泄漏电流占比过大的问题。仿真结果显示,在典型应用下,可降低传感网芯片中存储器部分能耗的40.9%。