存储系统的集中式Cache替换算法

为了最大限度地优化存储系统的I/O性能,通过对存储系统性能的分析,提出一种Cache替换算法———最小访问时间算法(LAT).该算法为Cache中数据对象定义一个排队函数,该函数不仅与对象的Cache命中率有关,还与对象的设备访问速度有关.按照此函数,Cache替换访问次数少、设备访问时间短的对象,从而使得存储系统的平均I/O时间最短.实验结果表明,随着设备访问速度差的增加,LAT算法的平均I/O性能远远优于LRU和LFU.

基于OPT Cache替换Profiling的Cache提示生成

提出了一个基于最优Cache替换(OPT)Profiling的静态Cache提示生成方法,并通过模拟SPEC2000Int测试程序,对该方法与LRUCache替换策略进行了性能比较。

Cache替换算法LRU和2Q的深度分析

Cache替换算法是内存和CPU交互时速度保证的关键,传统的LRU算法在处理偶然性数据访问时造成缓存污染严重,但其实现简单,命中率和效率尚可,故成为现今大多情况下使用的算法;2Q算法通过设置两个队列,A1队列通过暂存数据减弱偶发性数据的影响,实现同样简单且有不错的性能。通过编制的词法分析器分析程序代码得来的数据进行算法性能的比较。

利用多维分级Cache替换策略减少对PCM内存写回量

寻找新型存储材料代替DRAM内存是当前的一个研究热点。相变存储PCM因其具有低功耗、高存储密度和非易失性的优点受到广泛的关注,然而PCM的可擦写次数有限,要用作内存必须考虑如何减少对其的写操作。针对该问题,一种有效的解决方法是优化Cache替换策略,减少Cache中脏块被替换出的数量。现有研究主要通过在插入和访问命中时给脏块设定较高的保护优先级来达到给脏块额外保护的目的,但是在降级过程中不再对脏块与干净块进行区分,这导致Cache可能在存在大量干净块的情况下仍然先替换脏块。提出一种新型的Cache替换策略MAC,它通过一个多维分级结构在脏块与干净块之间设置了不可逾越的界限,使得脏块能得到更有力的保护。模拟实验表明,相对LRU替换策略,MAC以较低的硬件开销代价平均减少约25.12%的内存写,同时对程序运行性能几乎没有影响。

基于ARM处理器Cache特征的计时分析研究

通过研究Cache基本结构、Cache计时攻击的基本原理和攻击模型,发现由于ARM处理器与x86处理器在Cache结构及特征等方面存在差异,导致原有基于x86平台的Cache计时攻击方法在ARM平台上具有不适用性。针对x86处理器与ARM处理器Cache在结构、替换策略、精确计时方法等方面的差异,结合Cache计时攻击原理,分别提出了改进建议。针对Cache结构差异,提出在编写间谍程序时参数必须进行配套修改;针对替换策略的不同,提出了访问一个数据块多次和建立一个大数据块的改进建议;针对计时方法的不同,提出在ARM平台进行精确计时必须要调用性能监控寄存器。

Cache动态插入策略模型研究

多核下,末级Cache容量、组相联数不断增大,传统Cache替换算法LRU会出现Cache死块增多、Cache有效利用率下降等问题。Cache动态插入策略可以有效地避免LRU算法中出现的这些问题,因而受到了广泛的关注。但是,目前对Cache插入策略的研究只停留在策略水平上,缺乏定量的模型研究。针对此问题,提出了一个Cache插入策略的解析模型,该模型以应用的重用信息为输入,使用状态概率递归计算的方法,可预测不同插入策略下Cache的失效率。SPEC2006模拟验证表明,模型的精度较高,最大绝对误差为15.6%,平均绝对误差为3.1%。

多级缓存模式下的数据块替换优化算法

多数处理器中采用多级包含的cache存储层次,现有的末级cache块替换算法带来的性能开销较大。针对该问题,提出一种优化的末级cache块替换算法PLI,在选择丢弃块时考虑其在上级cache的访问频率,以较小的代价选出最优的LLC替换块。在时钟精确模拟器上的评测结果表明,该算法较原算法性能平均提升7%。

数据迁移算法研究

分级存储根据数据的访问频率、保留时间、容量等指标将数据存储在不同性能的存储介质上,是降低海量数据存储成本的有效解决方案,如何对存储的数据进行迁移是分级存储管理中的关键技术。该文研究了三种不同的数据迁移算法,基于存储空间的高低水位法、基于数据访问率的Cache替换迁移算法和信息生命周期管理中的价值评估法,对其优缺点进行了对比。综合应用三种迁移算法,可以实现数据在各级存储层次之间自动智能的迁移,最终达到提高系统性能的目的。