陈 吉 刘海坤 王孝远 张 宇 廖小飞 金 海

(华中科技大学计算机科学与技术学院 武汉 430074) (服务计算技术与系统教育部重点实验室(华中科技大学) 武汉 430074) (集群与网格计算湖北省重点实验室(华中科技大学) 武汉 430074) (湖北省大数据技术与系统工程实验室(华中科技大学) 武汉 430074) (hkliu@hust.edu.cn)

随着计算机软硬件技术的飞速发展，传统的动态随机访问存储器(dynamic random access memory, DRAM)因其存储密度小、可扩展性有限、刷新和闲置功耗大等缺点已经无法满足应用越来越大的内存需求.诸如相变存储器(phase change memory, PCM)、磁性随机存储器(magnetic random access memory, MRAM)等非易失性存储器(non-volatile memory, NVM)具有可随机访问、存储密度大、无静态功耗等优点，但也存在着访问时延较高、写次数有限、写功耗大等缺点，因此直接使用NVM替代DRAM目前尚不可行.学术界提出使用DRAM/NVM混合内存架构，通过混合使用小容量DRAM和大容量NVM，将DRAM作为NVM内存的缓存或者将DRAM和NVM统一编址并通过页迁移将频繁访问的数据放置于DRAM中来克服NVM高访问时延缺陷的方式，提升系统性能.DRAM/NVM混合内存系统的设计与优化成为了学术界的研究热点.

随着非易失性内存的引入，计算机系统的内存容量固然得到显著提升，但是也给系统设计带来了新的问题:内存地址空间增大、虚实地址转化的开销随之增大、虚实地址转换将成为新的系统瓶颈[1].当下主流的处理器都设计有加速虚实地址转换的特殊硬件-旁路转换缓冲(translation lookaside buffer, TLB).TLB的发展受到了其尺寸、查询延迟及能耗开销等因素的限制，因此近年来TLB的容量增加相……