[發(fā)明專利]透明硬件輔助存儲(chǔ)器解壓縮

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201680009932.X
• 申請(qǐng)日: 2016-02-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107250991B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-08-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 維亞切斯拉夫·弗拉基米羅維奇·馬柳金;路易吉·塞門扎托;春·平·莊;桑托什·拉奧;新葉·邵
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 谷歌有限責(zé)任公司
• 主分類號(hào): G06F12/02
• 分類號(hào): G06F12/02;G06F12/0888
• 代理公司: 中原信達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11219
• 代理人: 李佳;穆德駿

提供了使用最小化或消除軟件參與的硬件解壓縮器來(lái)進(jìn)行存儲(chǔ)器解壓縮的方法和系統(tǒng)。自定義解壓縮硬件被添加到存儲(chǔ)器子系統(tǒng)中，其中解壓縮硬件通過(guò)讀取壓縮塊，將其解壓縮到內(nèi)部緩沖區(qū)中并返回塊的請(qǐng)求部分，來(lái)處理由例如高速緩存未命中或從設(shè)備到壓縮存儲(chǔ)器塊的請(qǐng)求引起的讀取訪問(wèn)。自定義硬件設(shè)計(jì)用于通過(guò)檢查訪問(wèn)的物理地址的未使用的高位來(lái)確定塊是否被壓縮，并確定壓縮參數(shù)。這允許在沒(méi)有附加元數(shù)據(jù)的情況下實(shí)現(xiàn)壓縮，因?yàn)楸匾脑獢?shù)據(jù)可以存儲(chǔ)在現(xiàn)有頁(yè)表結(jié)構(gòu)中的未使用的位中。

相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用

本申請(qǐng)要求2015年2月13日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)第62/116,053號(hào)，其全部公開(kāi)內(nèi)容通過(guò)引用并入本文。

背景技術(shù)

計(jì)算機(jī)頻繁地使用比所有程序使用的總存儲(chǔ)器更少量的RAM(隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)來(lái)操作。實(shí)現(xiàn)該結(jié)果的各種技術(shù)之一包括壓縮最近尚未被訪問(wèn)的存儲(chǔ)器，以及在訪問(wèn)時(shí)解壓縮這樣的存儲(chǔ)器。僅使用軟件來(lái)解壓存儲(chǔ)器的成本很高，主要原因包括：(i)涉及內(nèi)核頁(yè)故障處置器，交換相關(guān)軟件層和軟件壓縮器/解壓縮器；(ii)需要存儲(chǔ)未壓縮的存儲(chǔ)器塊，從而迫使其它存儲(chǔ)器塊被壓縮或驅(qū)逐，這導(dǎo)致額外的能量消耗并且潛在地觸發(fā)系統(tǒng)中的抖動(dòng)行為(例如，當(dāng)存儲(chǔ)器總是使用非常小的用戶可見(jiàn)的進(jìn)度壓縮和解壓縮時(shí))；和(iii)需要將整個(gè)未壓縮的存儲(chǔ)器塊寫(xiě)回到RAM，從而增加存儲(chǔ)器總線競(jìng)爭(zhēng)和RAM的能量消耗。

現(xiàn)有的軟件存儲(chǔ)器壓縮方案經(jīng)受上述問(wèn)題(i)-(iii)。雖然存在執(zhí)行壓縮和解壓縮的一些基于硬件的塊，但是這樣的壓縮器-解壓縮器塊不能透明地處理高速緩存線路丟失，并且因此仍然經(jīng)受問(wèn)題(ii)和(iii)，同時(shí)還為所有存儲(chǔ)器訪問(wèn)添加硬件開(kāi)銷(類似于問(wèn)題(i))。

隨著時(shí)間的推移，提出了用于相同或相似的高級(jí)目標(biāo)的軟件和硬件存儲(chǔ)器去重的各種方法。去重通過(guò)檢測(cè)和共享具有相同內(nèi)容的存儲(chǔ)器塊來(lái)節(jié)省空間，與壓縮相反而是減少存儲(chǔ)塊所需的空間。然而，這樣的軟件去重方法存在上述問(wèn)題(i)-(iii)，而現(xiàn)有硬件去重通常以小粒度(例如，高速緩存行)進(jìn)行，導(dǎo)致高的元數(shù)據(jù)開(kāi)銷。現(xiàn)有硬件以及軟件去重方案需要查找具有重復(fù)內(nèi)容的塊的計(jì)算密集型、空間密集型和能源密集型的過(guò)程。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明內(nèi)容以簡(jiǎn)化形式介紹了概念的選擇，以便提供對(duì)本公開(kāi)的某些方面的基本理解。本發(fā)明內(nèi)容不是對(duì)本公開(kāi)的廣泛概述，并且不旨在識(shí)別本公開(kāi)的關(guān)鍵或重要要素或描述本公開(kāi)的范圍。本發(fā)明內(nèi)容只是將本公開(kāi)的一些概念作為下面提供的具體實(shí)施方式的前序。

本公開(kāi)一般涉及用于存儲(chǔ)器解壓縮的方法和系統(tǒng)。更具體地，本公開(kāi)的方面涉及使用設(shè)計(jì)為最小化或消除軟件參與(involvement)的硬件解壓縮器來(lái)解壓縮存儲(chǔ)器。

本公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施例涉及一種硬件解壓縮器，其包括布置在處理單元和物理計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器之間的硬件設(shè)備，其中硬件設(shè)備被配置為：接收存儲(chǔ)器訪問(wèn)讀取請(qǐng)求，所接收到的請(qǐng)求導(dǎo)致高速緩存未命中或頁(yè)錯(cuò)誤；確定存儲(chǔ)器訪問(wèn)讀取請(qǐng)求所請(qǐng)求的數(shù)據(jù)是否在壓縮存儲(chǔ)器塊中；響應(yīng)于存儲(chǔ)器訪問(wèn)讀取請(qǐng)求所請(qǐng)求的數(shù)據(jù)不在壓縮存儲(chǔ)器塊中的確定，將存儲(chǔ)器訪問(wèn)讀取請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)到物理計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器；響應(yīng)于存儲(chǔ)器訪問(wèn)讀取請(qǐng)求所請(qǐng)求的數(shù)據(jù)在壓縮存儲(chǔ)器塊中的確定，確定來(lái)自壓縮存儲(chǔ)器塊的數(shù)據(jù)是否已經(jīng)被先前解壓縮并存儲(chǔ)在硬件設(shè)備本地的專用存儲(chǔ)介質(zhì)中；響應(yīng)于來(lái)自壓縮存儲(chǔ)器塊的數(shù)據(jù)被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)介質(zhì)中的確定，響應(yīng)于存儲(chǔ)器訪問(wèn)讀取請(qǐng)求從存儲(chǔ)介質(zhì)返回?cái)?shù)據(jù)；以及響應(yīng)于來(lái)自壓縮存儲(chǔ)器塊的數(shù)據(jù)未被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)介質(zhì)中的確定，在存儲(chǔ)介質(zhì)中分配存儲(chǔ)空間；從壓縮存儲(chǔ)器塊讀取數(shù)據(jù)；將來(lái)自壓縮存儲(chǔ)器塊的讀取數(shù)據(jù)解壓縮到存儲(chǔ)介質(zhì)中；以及響應(yīng)于存儲(chǔ)器訪問(wèn)讀取請(qǐng)求從存儲(chǔ)介質(zhì)返回解壓縮的數(shù)據(jù)。

在另一個(gè)實(shí)施例中，解壓縮器的硬件設(shè)備被配置為：從壓縮存儲(chǔ)器塊讀取數(shù)據(jù)，直到存儲(chǔ)器訪問(wèn)讀取請(qǐng)求所請(qǐng)求的數(shù)據(jù)被定位；以及將來(lái)自壓縮存儲(chǔ)器塊的讀取數(shù)據(jù)解壓縮到存儲(chǔ)介質(zhì)中，僅到所請(qǐng)求的數(shù)據(jù)被完全檢索的點(diǎn)。

在另一個(gè)實(shí)施例中，解壓縮器的硬件設(shè)備被配置為通過(guò)檢查存儲(chǔ)關(guān)于虛擬存儲(chǔ)器頁(yè)的信息的頁(yè)表結(jié)構(gòu)的未使用的位來(lái)確定存儲(chǔ)器訪問(wèn)讀取請(qǐng)求所請(qǐng)求的數(shù)據(jù)是否在壓縮存儲(chǔ)器塊中。