[發明專利]一種高效且支持QoS的虛擬內存架構

在審

• 申請號: 202110285644.X
• 申請日: 2021-03-17
• 公開（公告）號: CN113010452A
• 公開（公告）日: 2021-06-22
• 發明（設計）人: 柴杰;康一
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: G06F12/02
• 分類號: G06F12/02;G06F12/0893;G06F12/1027;G06F3/06
• 代理公司: 北京凱特來知識產權代理有限公司 11260
• 代理人: 鄭立明;韓珂

本發明公開了一種高效且支持QoS的虛擬內存架構，包括：VB(Virtual Block)、PVM(Process?VB Metadata)、ATM(Address Translation Metadata)和硬件微架構。本發明中，所有進程處于同一個虛擬地址空間，其由互不交疊的VB組成，從而避免了VIVT Caches(虛擬索引虛擬標記緩存)的homonym(同名異物)和synonym(同物異名)問題；由PVM維護進程和VB的綁定關系，消除了在虛擬化環境下需要多次地址翻譯的問題；根據ATM并借助于內存實時監測及數據遷移單元，實現了混合物理內存的動態、高效管理。

技術領域

本發明涉及操作系統和芯片微架構技術領域，尤其涉及一種高效且支持QoS的虛擬內存架構。

背景技術

隨著新興存儲介質的涌現和應用程序的多樣化，現有的虛擬內存越來越不能滿足其需求，其缺陷主要有兩個：

1、訪問延遲太大。尤其在虛擬環境下，每次訪存都需要多次地址翻譯，這顯著增加了訪存延遲。

2、不支持QoS。因為應用程序的QoS對硬件是不可見的或未知的，所以會限制系統的優化空間，阻礙性能和效率的提高。

因此，需要一種高效且支持QoS的虛擬內存，使系統自適應的、動態的配置內存資源，以最大限度的提高系統性能和效率。

發明內容

本發明的目的是提供一種高效且支持QoS的虛擬內存架構，可以實現物理內存的動態、高效管理，有效緩解了上述技術缺陷。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種高效且支持QoS的虛擬內存架構，包括：虛擬塊VB與硬件微架構，并且還設置了兩類配套的元數據結構PVM與ATM，所述PVM為虛擬塊的元數據結構，所述ATM為地址翻譯的元數據結構，其中：

所有進程處于同一個虛擬地址空間，虛擬地址空間由若干互不交疊的VB的構成，每個所述VB都是一段連續的虛擬地址空間，用于存儲程序的代碼和數據；

每個進程都有一個所述PVM，用于維護進程對VB的所有權；

每個所述VB維護一個所述ATM，所述ATM中存儲了相應VB的QoS信息；

所述硬件微架構，用于執行地址翻譯，并結合所述ATM實現混合物理內存的管理。

從上述本發明提供的技術方案可以看出，所有進程處于同一個虛擬地址空間，其由互不交疊的VB組成，從而避免了VIVT Caches(虛擬高速緩存)的homonym(同名異物)和synonym(同物異名)問題；由PVM維護進程對相應VB的所有權，消除了在虛擬化環境下需要多次地址翻譯的問題；根據ATM并借助于內存實時監測及數據遷移單元，實現了物理內存的動態、高效管理。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域的普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其它附圖。

圖1為本發明實施例提供的一種高效且支持QoS的虛擬內存架構的原理圖；

圖2是本發明實施例的RISC-V Sv48模式下的虛擬地址構成圖；

圖3是本發明實施例的PVM和VIT Entry設計圖；

圖4是本發明實施例的Range translation原理圖；

圖5是本發明實施例的Range table設計圖；

圖6是本發明實施例的虛擬內存硬件架構總圖；

圖7是本發明實施例的TLB訪問流程圖；