计算机工程

作者：孟凡丰, 王子聪, 张金涛, 王彦景, 欧洋, 吴利舟, 肖侬

单位：国防科技大学计算机学院, 湖南 长沙 410073

关键词：gem5模拟器,Linux驱动,快速计算链路,内存池,数据中心

基金：国家重点研发计划(2022YFB4500304); 国家自然科学基金(62332021); 国家自然科学基金(62304257)

大数据时代的各类数据中心应用程序对大规模数据的存储与计算需求越来越大, 海量数据的访问开销成为限制应用程序性能的主要瓶颈, 计算快速链路(CXL)互联协议的出现为这一问题提供了新的解决思路。提出一种基于CXL的内存池系统软硬件设计。在硬件层面, 基于CXL扩展内存协议, 在系统结构模拟器gem5上构建CXL扩展内存设备。通过将设备内存暴露在中央处理器(CPU)地址空间内, 使得CPU可以直接使用load/store指令访问设备内存。在操作系统层面, 编写CXL设备的驱动程序, 为管理和访问设备提供了完整的软件栈。通过在用户态使用memkind库整合主机与设备内存, 从而向应用程序提供统一的内存视图。通过gem5的全系统模式搭建完整的CXL扩展内存池原型系统, 对系统进行全面的性能评估。使用基准测试membench和STREAM对主机本地动态随机存取内存(DRAM)与主机管理设备内存(HDM)进行了延迟和带宽的对比分析, 实验结果显示: HDM延迟约为DRAM的1.5倍, HDM的带宽约为DRAM的50%~63%。此外, 在DRAM和HDM上运行了真实的键值存储引擎Viper, 发现在DRAM容量受限的场景下, 使用扩展的HDM有2~7倍的性能提升。

来源：2025年第3期

《计算机工程》期刊编辑部

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