持久化内存文件系统的磨损攻击与防御机制

近来出现诸多以非易失性存储器（non-volatile memory,简称NVM）作为存储设备的新型持久化内存文件系统,充分发掘NVM的低延迟和可按字节寻址等优点,优化文件访问的I/O栈和一致性机制,极大提升文件系统的性能.然而,现有持久化内存文件系统都没有考虑NVM写耐受度低的缺陷,极易导致NVM被磨损穿（wear out）.针对NVM写耐受度低的缺点,探索多种利用基本文件操作对NVM造成磨损攻击的方式,并在真实持久化内存文件系统PMFS中以实验证明磨损攻击的严重性.为有效防御针对NVM的磨损攻击,提出了持久化内存文件系统磨损防御机制（persistent in-memory file system wear defense technique,简称PFWD）,包括索引节点元数据虚拟化技术、超级块迁移技术、文件数据页磨损均衡技术和文件索引结构迁移技术,保护文件系统中所有可能被磨损攻击利用的数据结构.实验结果证明所提出的PFWD技术能有效地防御病毒发动对NVM的磨损攻击,提高了存储系统的稳定性.     

新型非易失存储I/O栈综述

随着新型非易失存储介质的出现,软件I/O栈的开销已经成为存储系统的性能瓶颈.首先详述了基于磁盘的传统I/O栈的各个软件层次和请求经过I/O栈的一般流程.在分析了传统I/O栈在闪存(flash)、相变存储器(phase change memory,PCM)等新型非易失存储介质构成的存储系统中存在的问题后,对专门为PCIe固态硬盘(solid state drive,SSD)设计的高性能主机控制器接口——NVMe接口及基于该接口的I/O栈、请求流程进行了详细介绍.最后,针对相变存储器、阻变存储器(resistive randomaccess memory,RRAM)和自旋转移矩磁阻随机存储器(spin-transfer torque magnetic random access memory,STT-MRAM)等下一代存储介质,对I/O栈在中断使用、文件系统权限检查等方面带来的性能问题进行了详细分析,指出未来I/O栈设计要考虑的问题.     

新型非易失相变存储器PCM应用研究

并行I/O技术有效优化了I/O性能,但对访问延迟却难以控制.相变存储器(phase change memory,PCM)作为一种SCM(storage class memory),具有非易失性、随机可读写、低延迟、高吞吐率、体积小和低功耗的特点,为I/O性能优化提供了最直接有效的途径.研究了PCM的特性与存在的问题,总结了目前PCM的应用研究进展,针对高性能计算中的并行I/O问题,提出了一种基于相变存储器PCM的层次式并行混合存储模型,能够有效提高并行文件系统元数据服务效率和并行I/O吞吐率.     

基于相变存储器的存储系统与技术综述

随着处理器和存储器之间性能差距的不断增大,"存储墙"问题日益突出,但传统DRAM器件的集成度已接近极限,能耗问题也已成为瓶颈,如何设计扎实有效的存储架构解决存储墙问题已成为必须面对的挑战.近年来,以相变存储器(phase change memory,PCM)为代表的新型存储器件因其高集成度、低功耗的特点而受到了国内外研究者的广泛关注.特别地,相变存储器因其非易失性及字节寻址的特性而同时具备主存和外存的特点,在其影响下,主存和外存之间的界限正在变得模糊,将对未来的存储体系结构带来重大变化.重点讨论了基于PCM构建主存的结构,分析了其构建主存中的写优化技术、磨损均衡技术、硬件纠错技术、坏块重用技术、软件优化等关键问题,然后讨论了PCM在外存储系统的应用研究以及其对外存储体系结构和系统设计带来的影响.最后给出了PCM在存储系统中的应用研究展望.     

基于非易失性存储器的存储引擎性能优化

非易失性存储器具有接近内存的读写速度,可利用其替换传统的存储设备,从而提升存储引擎的性能。但是,传统的存储引擎通常使用通用块接口读写数据,导致了较长的 I/O 软件栈,增加了软件层的读写延迟,进而限制了非易失性存储器的性能优势。针对这一问题,该文以 Ceph 大数据存储系统为基础,研究设计了基于非易失性存储器的新型存储引擎 NVMStore,通过内存映射的方式访问存储设备,根据非易失性存储器的字节可寻址和数据持久化特性,优化数据读写流程,从而减小数据写放大以及软件栈的开销。实验结果表明,与使用非易失性存储器的传统存储引擎相比,NVMStore能够显著提升 Ceph 的小块数据读写性能。     

基于DRAM牺牲Cache的异构内存页迁移机制

当海量数据请求访问异构内存系统时,异构内存页在动态随机存储器(dynamic random access memory,DRAM)和非易失性存储器(non-volatile memory,NVM)之间进行频繁的往返迁移.然而,应用于传统内存页的迁移策略难以适应内存页"冷""热"度的快速动态变化,这使得从DRAM迁移至N...     

视频监控存储系统的设计与实现

针对文件系统存储视频数据时存储效率低和检索性能差的问题,提出一种基于裸盘设备的视频数据专用存储方案,实现了视频数据的高效存储和秒级检索。针对多路视频流的并发写入控制,采用单线程非阻塞I/O复用技术和"乒乓缓冲"机制,避免多路视频流并发写入时的阻塞问题;针对视频监控系统媒体转发服务器的时钟漂移问题,采用基于两级索引的回馈定位技术,提高系统对服务器钟差的容错能力。系统测试结果表明,相对于文件存储,"时间索引+数据块"存储方式的视频检索效率不受数据规模大小影响,多路并发写入时,单线程非阻塞I/O复用和"乒乓缓冲"机制能有效避免阻塞现象的发生。     

存储设备块重组机制仿真研究

为了提高存储设备的I/O性能,设计了一种新的基于语义的块重组机制.该机制作为语义智能磁盘技术的一种应用,可以利用文件系统的语义信息推断磁盘块的相关性,并将语义相关的块移动到临近区域.块重组机制减少了访问文件时所需的寻道次数,提高了I/O性能.与其他块重组方法相比,该机制不依赖于历史访问信息,并且不受负载变化影响.通过仿真实验对该机制进行评测,实验结果表明,块重组机制能够有效减少I/O次数.     

PCM混合主存系统的写感知主存管理算法

相变存储器(phase change memory,PCM)凭借字节可寻址,读取速度快(纳秒级),高存储密度,低能耗等优点,在目前基于DRAM(dynamic random access memory)的主存扩展达到瓶颈的情形下,已经成为最具前途的主存存储介质之一,但是PCM有高写延迟,寿命有限等缺陷,因此出现了DRAM/PCM混合主存架构。提出了一种以减少PCM写和保持命中率为目标的混合主存管理算法——写感知的CLOCK算法(CLOCK with a write-aware strategy,CLOCKW)。已有研究主要基于写临近信息(recency of writes,RW)来预测页面写热度,CLOCKW引入内在写距离(inter-write-distance,IWD)概念,并结合写临近信息来预测页面写热度,从而把写密集页面放置在DRAM。此外,CLOCKW通过记录有限的历史写操作信息,将新置换进的页面放在合适的存储介质,避免不必要的页面迁移。最后,基于CLOCK算法的CLOCKW满足虚拟主存管理的低代价要求。实验显示,CLOCKW在保持命中率前提下,可以有效减少PCM写次数。     

科学计算双路并行I/O优化方法

科学计算数据集由数据和元数据组成.一般条件下,数据的尺寸较大,元数据尺寸较小.传统的高性能计算机并行文件系统可以高效率地读写大块连续数据,但是无法高效率地读写大量较小块的元数据.一旦大块数据和小块元数据两类读写特征混杂在一起,元数据将较严重地干扰并行I/O,造成性能的下降.为此,文中提出数据与元数据分治的双路并行I/O方法.该方法在高层I/O库中建立内存文件系统与并行文件系统两级存储,在存储资源之间并行迁移科学计算元数据.一方面降低较频繁读写元数据的I/O延迟,另一方面改变科学计算数据的存储特征与存储模式,从而提高科学计算应用、尤其是数据分析与可视化等读入密集型应用的I/O效率.测试表明,双路并行I/o方法可提高写性能8％～13％,提高读性能89％到1.01倍.     

嵌入式实时系统内存管理策略

嵌入式系统内存配置较小，不能采用一般桌面系统的内存管理方式，选取合适的内存管理策略在嵌入式系统设计中起着重要的作用。介绍了嵌入式系统设计中内存管理的范围、对内存分配的要求以及可能出现的问题，对内存分配的方式进行了详细的阐述，给出了内存碎片、内存丢失、执行时间不固定等问题的解决方法。     

基于WINCE系统软件开发的内存研究

WINCE系统内存配置较小,嵌入式软件如果出现内存泄露问题,将会导致系统的可用内存不足,甚至出现系统崩溃。为此针对WINCE操作系统内存的管理和应用,通过引入一个在实时更新动态图的过程中出现内存泄露的案例,阐述了关于内存管理和内存应用的重要知识点,包括内存模型和内存分配方式,分析了在该案例中出现内存泄露的原因,提出了与案例中出现的内存泄露相似问题的解决方法,并针对一般情况下如何防止内存泄露作了简单介绍,最后详细阐述了案例中为了优化内存所做的工作,对编程者有很好的指导作用。     

Mach的面向对象的虚存管理实现方法

Ｍａｃｈ是一个新兴的操作系统，Ｍａｃｈ的虚存管理别具特色，本文介绍了Ｍａｃｈ的虚存环境、虚存管理的数据结构，算法及虚存实现。     

支持跨步访问的嵌入式存储系统

提出了一种新型多素数嵌入式存储系统,能够显著改善系统跨步访问的性能。提高跨步访存的带宽,对于改善系统的整体性能有着重要的意义。但是,在嵌入式系统中,受片外结构的尺寸限制,直接应用经典的素数存储系统理论无法显著改善跨步访存性能。为此,该新型系统以素数存储系统理论为基础,引入主存访问调度策略并结合嵌入式系统的实际结构特征,构造了一种两层结构的多素数存储系统,可以用较少数量的存储模块实现,而且从逻辑地址到物理地址的映像计算简单,能够以相对较小的硬件代价实现对嵌入式存储系统跨步访问的有效支持。理论分析和实验结果均证实了该系统的正确性和有效性。     

基于DRAM和PCM的混合主存模拟器

相变存储器（PCM）由于其非易失性、高读取速度以及低静态功耗等优点,已成为主存研究领域的热点.然而,目前缺乏可用的PCM设备,这使得基于PCM的算法研究得不到有效验证.因此,本文提出了利用主存模拟器仿真并验证PCM算法的思路.本文首先介绍了现有主存模拟器的特点,并指出其并不能完全满足当前主存研究的实际需求,在此基础上提出并构建了一个基于DRAM和PCM的混合主存模拟器.与现有模拟器的实验比较结果表明,本文设计的混合主存模拟器能够有效地模拟DRAM和PCM混合存储架构,并能够支持不同形式的混合主存系统模拟,具有高可配置性.最后,论文通过一个使用示例说明了混合主存模拟器编程接口的易用性.     

Organizational memory information systems: a transactive memory approach

Effective management of organizational memory (OM) is critical to collaboration and knowledge sharing in organizations. We present a framework for managing organizational memory based on transactive memory, a mechanism of collective memory in small groups. While being effective in small groups, there are difficulties hindering the extension of transactive memory to larger groups. We claim that information technology can be used to help overcome these difficulties. We present a formal architecture for directories of meta-memories required in extended transactive memory systems and propose the use of meta-knowledge to substitute for the lack of tacit group knowledge that exists in small groups.     

一个基于孙子定理的素数存储系统方案

基于孙子定理,本提出一个素数存储系统方案。该方案既不浪费存储空间,且为实本系统仅需计算“ｄｍｏｄｐ”,而无需计算商。因此,本系统是一高效存储方案。     

基于虚通道的SDRAM访存调度器研究

随着半导体工艺水平的进步,CPU与存储器的速度差距越来越大,存储器带宽已成为计算机系统的关键资源。根据目前广泛使用的SDRAM存储器多体并行存储的结构特点,提出了一种基于虚通道的访存调度器和最小等待时间-读请求优先调度策略,避免了访存请求之间的数据相关性,加快了访存请求的调度,提高了存储器带宽的利用率。     

嵌入式系统内存检测分析

在大部分嵌入式系统中，内存的好坏主要依赖于内存芯片厂家的检测，对系统运行中出现的内存偶然故障，缺乏有效的检测手段。对嵌入式系统中内存检测的各个阶段、内存检测方式以及全空间检测方法等进行了详细描述。     

Windows CE内存访问原理分析与研究

针对Windows CE流接171驱动程序,通过嵌入指针访问应用程序内存区域时出错的案例,分析错误产生的原因,阐述一些有关Windows CE内存访问的重要概念,包括指针参数、嵌入指针、同步访问、访问检查和内存整理,从而提出对嵌入指针进行内存整理的解决方法。结果证明该方法可以有效地解决异步内存访问出错的问题。