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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:潘雲騰
研究生(外文):Yun-Teng Pan
論文名稱:具省電考量之相變化記憶體之檔案系統的安全寫入
論文名稱(外文):Energy-Aware Secure-Write Strategy for PCM-Base File System
指導教授:高立人高立人引用關係張原豪張原豪引用關係
指導教授(外文):Lih-Jen KauYuan-Hao Chang
口試委員:謝仁偉
口試委員(外文):Jen-Wei Hsieh
口試日期:2012-07-04
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺北科技大學
系所名稱:電腦與通訊研究所
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2012
畢業學年度:100
語文別:中文
論文頁數:46
中文關鍵詞:相變化記憶體Linux位元組定址檔案系統安全性寫入策略
外文關鍵詞:Phase Change MemoryLinuxByte-addressableFile systemSecure-Write Strategy
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近年來相變化記憶體 (PCM) 因為具有非揮發性與位元組定址能力而越來越受到矚目,因為相變化記憶體可以解決主記憶體與儲存設備之間長久以來在效能上的鴻溝,所以相變化記憶體提供一個用來解決此一問題的可能方案。然而,相變化記憶體寫入時需要消耗大量的能量,這非常不利於電池供電的行動裝置,所以對於相變化記憶體使用在行動設備上的耗電量是必須去考慮與解決的問題。
關於省電的研究,我們提出一種基於省電考量之相變化記憶體之檔案系統的安全寫入策略,而這個方法能減少當資料寫入相變化記憶體時所消耗的能量。同時此個策略也能保證檔案系統資料的完整性,既使當程式正在針對檔案系統的任何部份進行資料更新時發生電腦系統斷電或當機,資料都能被安全地保護。 我們在Linux的系統上進行一連串的實驗去評估我們所提出的策略是否有好的效益,實驗結果充份顯示此一策略具有非常好的效能。


In recent years, phase-change memory (PCM) has drawn a lot of attention because of its byte-addressability and non-volatility. It has become a good alternative storage media to reduce the performance gap between main memory and secondary storage, but its high energy consumption on writes is a challenging issue in the design of battery-powered embedded mobile devices. In this work, we propose an energy-aware secure-write strategy to reduce the energy consumption on writing data to PCM-based file systems. This strategy could also guarantee the integrity of file systems even if the system crashes or power failure occurs during the process of updating any part of the file system even when the file system does not have tye journaling support. A series of experiments based on the implementation in the Linux system was conducted to evaluate the capability of the proposed strategy, and the results are very encouraging.

中文摘要 I
英文摘要 II
誌謝 III
目錄 V
表目錄 VI
圖目錄 VII
第一章 緒論 1
1.1相變化記憶體之磁碟機 2
1.2相變化記憶體簡介 2
1.2.1相變化記憶體的特性 3
1.2.2高效率的讀取 4
1.2.3有限的寫入次數 5
1.3相關研究 5
1.4其它研究 6
1.4.1相變化記憶體的主記憶體架構 6
1.4.2雙主記憶體架構 7
1.4.3 RAM Disk與Solid State Drive 8
第二章 研究動機、目的與相關研究 9
2.1研究動機 9
2.1.1相變化記憶體的檔案系統 9
2.1.2利用RAM Disk使用相變化記憶體 10
2.1.3使相變化記憶體更適合現代的電腦架構 11
2.1.4不需日誌型檔案系統之相變化記憶體 12
2.2研究目的 12
2.3相關研究 13
2.3.1使用相變化記憶之可擴充DRAM架構 13
2.3.2具較佳輸出入效能及位元組定址能力之永久性記憶體 14
2.3.3相變化記憶體為主之日記型檔案系統的高效寫入 16
第三章 具省電考量的安全寫入策略 18
3.1資料的安全性 18
3.1.1小部分的寫入能提高資料的安全性 18
3.1.2一般的資料更新是局部的 19
3.1.3透過比較可以減少資料更新的部份 19
3.1.4省電、提升效能並與延長相變化記憶體的壽命 19
3.2局部的資料更新 20
3.3日誌型檔案系統 20
3.4省電的安全性寫入策略 21
3.5選擇比較性讀取 25
3.5.1字組判斷 25
3.5.2追蹤資料的改動紀錄 26
3.5.3建立雜湊表 27
3.5.4選擇比較性讀取機制 27
第四章 整合策略的效能評估 36
4.1實驗環境設定 36
4.1.1 Linux核心 37
4.1.2 IOzone與Bonnie 37
4.2實驗目的 38
4.2.1寫入記憶體的資料量 38
4.2.2寫入的耗電量 41
第五章結論與未來展望 44
參考文獻 46


[1] Ping Zhou, Bo Zhao, Jun Yang, Youtao Zhang, "A Durable and Energy Efficient Main Memory Using Phase Change Memory Technology," ISCA’09, Austin, Texas, USA, 2009, pp.14-23.
[2] Alexandre P. Ferreira, Miao Zhou, Santiago Bock, Bruce Childers, Rami Melhem and Daniel Moss’e, " Increasing PCM Main Memory Lifetime," EDAA, Fairhope, AL, 2010, pp914-919.
[3] Benjamin C. Lee†, " Architecting Phase Change Memory as a Scalable DRAM Alternative," ISCA’09, Austin, Texas, USA, 2009, pp1-12.
[4] Jeremy Condit, Edmund B. Nightingale, Christopher Frost " Better I/O Through Byte-Addressable, Persistent Memory," SOSP’09, Big Sky, Montana, USA, October 11–14, 2009, pp1-14.
[5] Eunji Lee, Seunghoon Yoo, Jee-Eun Jang, " Shortcut-JFS: A Write Efficient Journaling File System for Phase Change Memory," National Research
Foundation of Korea (NRF), 2011, pp1-6.
[6] Iozone Filesystem Benchmark, http://www.iozone.org/
[7] Linux Benchmark Suite Homepage, http://www.garloff.de/kurt/linux/bonnie/
[8] 維基百科,自由的百科全書,http://zh.wikipedia.org/wiki/RAM_disk


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