新兴的字节可寻址存储技术（例如 NVM）为 DRAM 提供了更具成本效益和更大容量的替代方案，为解决内存中键值 (KV) 存储的高成本、有限容量和易失性问题提供了新的机会。

为了重新设计 NVM 上的传统结构，人们付出了许多努力。然而，为了集成到现有系统中，它们面临着巨大的工程成本和增加的复杂性的挑战。因此，需要一个将现有索引应用于 NVM 上的 KV 存储的通用框架。

周旋领导的研究团队提出了一种名为HeterMM的通用框架，用于由DRAM和NVM组成的异构内存架构。它的设计目的是充分发挥DRAM的优越性能，使系统的性能尽可能接近in-DRAM的性能。该研究是发表在日记中计算机科学前沿。

框架概述

该团队强调通过持有指数以及 DRAM 中的热点数据。通常，与 DRAM 相比，NVM 的性能较差。其特定的访问特性还需要特殊的设计以最大限度地提高其性能。

NVM 的典型特征包括其在延迟和带宽方面的读写不对称性以及与顺序访问相比较差的随机访问性能。针对这种情况，研究团队提出了一个由插入式 DRAM 索引、异构内存上的数据存储机制以及用于故障恢复的操作日志组成的框架。

特别是索引，它是访问最频繁、通常单位较小、顺序随机的索引，对 NVM 并不友好。它们的数据结构通常针对 DRAM 进行优化，但在 NVM 上可能无法有效执行。

HeterMM中新写入的数据驻留在DRAM中，旧数据批量刷新到NVM中。每条数据在到达时都会被分配一个逻辑地址，除非数据被异地更新，否则逻辑地址保持不变。

NVM的持久化可以保证其中驻留数据的持久性，而通过操作日志来保证驻留在DRAM中的数据的持久性。首先，DRAM中的数据就地更新，这可以看作是早期压缩，减少了刷新到NVM的数据量。其次，NVM中的数据可以看作是一个检查点，可以用来切断操作日志。

为了优化对 NVM 中只读数据的访问，DRAM 区域分为读缓存和写区域，前者保存 NVM 中经常访问的数据，而后者保存新到达的数据。它们在 DRAM 中共享相同的空间，并且可以根据工作负载动态调整大小。

将HeterMM与不同类型的索引（包括CLHT、LFHT和B+树）相结合的大量实验验证了HeterMM的效率。具体来说，HeterMM 的性能可以优于最先进的索引持久框架以及最先进的混合 DRAM 和基于 NVM 的哈希表和 B+ 树。这得益于 HeterMM 将热数据保存在 NVM 中，从而允许 DRAM 处理读取请求，而无需访问 NVM。

更多信息：Yunhong Ji 等人，HeterMM：将 DRAM 索引应用于基于异构内存的键值存储，计算机科学前沿（2024）。DOI：10.1007/s11704-024-3713-0

提供者：前沿期刊