新興的位元組可尋址儲存技術（例如NVM）為DRAM 提供了更具成本效益和更大容量的替代方案，為解決記憶體中鍵值(KV) 儲存的高成本、有限容量和易失性問題提供了新的機會。

為了重新設計 NVM 上的傳統結構，人們付出了許多努力。然而，為了整合到現有系統中，它們面臨著巨大的工程成本和增加的複雜性的挑戰。因此，需要一個將現有索引應用於 NVM 上的 KV 儲存的通用框架。

周旋領導的研究團隊提出了一個名為HeterMM的通用框架，用於由DRAM和NVM組成的異質記憶體架構。它的設計目的是充分發揮DRAM的優越性能，使系統的性能盡可能接近in-DRAM的性能。該研究是發表在日記中計算機科學前沿。

框架概述

該團隊強調透過持有指數以及 DRAM 中的熱點數據。通常，與 DRAM 相比，NVM 的效能較差。其特定的存取特性還需要特殊的設計以最大限度地提高其效能。

NVM 的典型特徵包括其在延遲和頻寬方面的讀寫不對稱性以及與順序存取相比較差的隨機存取效能。針對這種情況，研究團隊提出了一個由插入式 DRAM 索引、異質記憶體上的資料儲存機制以及用於故障復原的操作日誌組成的框架。

特別是索引，它是存取最頻繁、通常單位較小、順序隨機的索引，對 NVM 並不友善。它們的資料結構通常針對 DRAM 進行最佳化，但在 NVM 上可能無法有效執行。

HeterMM中新寫入的資料駐留在DRAM中，舊資料批次刷新到NVM。每個資料在到達時都會被分配一個邏輯位址，除非資料被異地更新，否則邏輯位址保持不變。

NVM的持久化可以保證其中駐留資料的持久性，而透過操作日誌來保證駐留在DRAM中的資料的持久性。首先，DRAM中的資料就地更新，這可以看作是早期壓縮，減少了刷新到NVM的資料量。其次，NVM中的資料可以看作是一個檢查點，可以用來切斷操作日誌。

為了優化對 NVM 中唯讀資料的訪問​​，DRAM 區域分為讀取快取和寫入區域，前者保存 NVM 中經常存取的數據，而後者則保存新到達的資料。它們在 DRAM 中共享相同的空間，並且可以根據工作負載動態調整大小。

將HeterMM與不同類型的索引（包括CLHT、LFHT和B+樹）結合的大量實驗驗證了HeterMM的效率。具體來說，HeterMM 的性能可以優於最先進的索引持久框架以及最先進的混合 DRAM 和基於 NVM 的雜湊表和 B+ 樹。這要歸功於 HeterMM 將熱資料保存在 NVM 中，從而允許 DRAM 處理讀取請求，而無需存取 NVM。

更多資訊：Yunhong Ji 等人，HeterMM：將 DRAM 索引應用於基於異質記憶體的鍵值存儲，計算機科學前沿（2024）。DOI：10.1007/s11704-024-3713-0

提供者：前沿期刊