背景

现有的计算机体系架构中通常采用层级缓存来弥补外存和内存之间的性能差距。但是，层缓存都有极限带宽和有限的命中率，在层级缓存下数据需要频繁的在各个层级缓存之前迁移，造成过高的数据拷贝开销。同时，随着高性能的外部存储设备的出现，外存的带宽并没有被充分的利用。这篇文章介绍了非分级缓存（NHC），这是一种在现代存储层次中进行缓存的新方法。与传统的缓存相比，NHC通过在有利的情况下将多余的负载重定向到层次结构中较低的设备来提高性能。NHC动态调整分配和访问决策，从而使性能最大化（例如，高吞吐量、低99%的延迟）。这篇文章在Orthus-CAS（一个块层缓存内核模块）和Orthus-KV（一个键值存储的用户级缓存层）中实现了NHC。通过全面的实证研究表明了NHC的有效性。Orthus-KV和Orthus-CAS在一系列现实的工作负载下，比各种现代层次的传统缓存提供了明显更好的性能（最高可达2倍）。

(资料图)

问题

1. 缓存还是分层

为了应对层次结构的性质，系统通常采用两种策略：缓存和分层，如图1所示。考虑一个有两个存储层的系统：一个（快、贵、小）性能层和一个（慢、便宜、大）容量层。通过缓存，所有的数据都驻留在容量层，而热数据的副本通过缓存替换算法被放置在性能层。分层也是将热门数据放在性能层；然而，与缓存不同的是，它在更长的时间范围内迁移数据（而不是复制）。如果有足够多的请求进入快速层，整体性能就会接近快速层的峰值性能。因此，传统的缓存和分层努力确保大多数的访问都能到达性能层。传统的缓存和分层都是为了最大限度地提高性能，努力确保大多数访问是由性能良好的设备提供的。因此，大多数缓存和分层策略都是为了最大限度地提高快速设备的点击率。在传统的层次结构中，高层的性能明显高于底层，这种方法提供了高性能。然而，随着存储环境的快速变化，现代设备的性能特征也在不断重叠，因此，必须重新思考如何管理这些设备。

图1 缓存类型

2. 缓存之间存在性能特征重叠

虽然缓存和分层这种优化命中率的传统智慧对于传统的层次结构（例如，CPU缓存和DRAM，或DRAM和硬盘）来说可能仍然是正确的，但在现代存储层次结构中，存储设备的快速变化使这种叙述变得复杂。具体来说，许多新的非易失性存储器和低延迟固态硬盘的出现引入了具有（有时）重叠的性能特征的设备。因此，必须重新思考如何在存储层次中管理这些设备。为了更好地理解这些设备的性能重叠，图2显示了各种实际设备在4KB读/载和写/存时的吞吐量，同时改变了并发水平。该图显示了成对设备之间的性能比。DRAM/NVM绘制了内存（SK Hynix 16GB DDR4）与单个英特尔Optane DCPM（128GB）的带宽；NVM/Optane使用DCPM与英特尔905P Optane SSD；最后，Optane/Flash使用相同的Optane SSD和三星970 Pro Flash SSD。对于任何一对X/Y，如果X的性能大于Y，则绘出正比（YX）；否则，绘出负比（-XY）（在灰色区域）。

图2 各个设备之间的性能比

总结一下，以下是存储时代层次结构的主要趋势。与传统的层次结构（如DRAM与HDD）不同，新的存储层次结构可能不是一个层次；两个相邻的层次（如NVM与Optane SSD）的性能可能相似。其次，新设备的性能取决于许多因素，包括不同的工作负载（读与写）和并发水平。用传统的缓存和分层来管理这些设备已不再有效。

方法和设计

1. 非分层缓存设计目标

这篇文章提出了非分级缓存（NHC），这是一个缓存框架，它利用了设备的性能，而这些设备在传统的缓存中只被视为一个容量层。NHC有以下目标：

1. 表现与经典缓存一样好或更好。经典缓存通过优化上级设备的性能来优化存储层次结构的性能；这种性能是通过找到最大化命中率的工作集来优化的。NHC在最坏的情况下应该退化为经典的缓存，并且应该能够利用任何经典的缓存策略（例如，驱逐和写分配）。

2. 不需要特殊知识或配置。NHC不应该比经典缓存做出更多的假设。NHC不应该要求事先了解工作负载或设备的详细性能特征。NHC应该能够管理任何存储层次结构。

3. 对动态工作负载具有鲁棒性。工作负载随着时间的推移，在其负载量和工作集方面发生变化。NHC应该适应动态变化。

NHC的主要思想（图1）是将多余的负载转移到容量大的设备上，当这样做可以提高整体的缓存性能。NHC可以用三个步骤来描述。首先，在系统预热时（或在工作负载发生重大变化后），NHC利用经典缓存来识别当前的工作集并将数据加载到高性能设备中；这确保NHC的性能至少与经典缓存一样好。第二，在命中率稳定后，NHC通过向容量设备发送多余的负载来改进传统缓存。这种多余的负载有两部分组成：一是由于高性能设备已经达到最大性能，所以在高性能设备上没有提供额外的性能；二是导致两个设备之间不必要的数据移动的读取失误。传统的缓存在漏读发生时将数据从容量设备转移到性能设备，以提高命中率。然而，当性能设备已经达到最大性能时，提高命中率是没有好处的。因此，NHC减少了进入性能设备的数据量。使用基于反馈的方法，NHC确定了过剩的负载；它不需要对设备或工作负载有任何了解。最后，如果观察到工作负载的变化，NHC会返回到经典缓存；如果工作负载从未稳定下来，该算法就会退化为经典缓存。NHC可以利用与传统缓存相同的写分配策略（例如，绕写或回写）。

2. 非层级缓存架构

如图3所示，经典缓存可以通过在其缓存控制器和非分级缓存调度器上增加决策点来升级为NHC。传统的缓存控制器为用户/应用程序向存储设备的读写提供服务，并根据其替换策略（例如LRU）控制性能设备的内容。本文提出一个新的缓存调度器监控性能，并控制是否执行经典缓存，以及在哪里提供缓存读取命中。调度器优化目标性能指标，该指标可以由用户提供（例如，IOPS/s）或使用设备级指标（例如，请求延迟）。NHC调度器通过一个布尔值data_admit（da）和一个变量load_admit（la）进行控制。当性能设备上发生读取缺失时，da标志控制行为：当da被设置时，根据缓存替换策略，将缺失的数据项分配到性能设备中；当da未被设置时，缺失由容量设备处理，不分配到性能设备中。经典缓存对应的情况是，da标志为真。la变量控制如何处理读取命中，并指定了应该发送到性能设备的读取命中的百分比；当la为0时，所有的读取命中都被发送到容量设备。具体来说，对于每个读取命中，会产生一个随机数R∈[0,1.0]；如果R<=la，请求被发送到性能设备中；否则，被发送到容量设备中。在经典缓存中，la总是1。NHC框架与任何传统的缓存写分配策略（由用户指定）一起工作，处理写命中/缺失。NHC根据政策将写缺失纳入性能设备；da、la不控制写命中/缺失。在回写的情况下，缓存写入会在性能设备中引入脏数据，而存储设备上的数据可能是过时的；在这种情况下，NHC不会向存储设备发送脏读。

图3 非层级缓存架构图

3. 缓存调度器算法

NHC调度器调整控制器的行为以优化目标性能指标。如图4所示，调度器有两种状态：增加性能设备上缓存的数据量以最大化命中率，或保持缓存的数据不变，同时调整发送到每个设备的负载。

状态1：提高命中率。NHC调度器首先让缓存控制器以其默认的替换策略（da为真，la为1）执行传统的缓存；在这个过程中，缓存被预热，随着工作集在性能设备上的缓存，命中率得到提高。NHC调度器监控性能设备的命中率，并在命中率相对稳定时结束这一阶段；此时，性能设备为工作负载提供的性能接近其峰值。

状态2：调整设备间的负载。在性能设备包含了高命中率和性能的工作集后，NHC调度器探测是否向存储设备发送一些请求会增加存储设备的性能，同时不会降低性能设备的性能。在这种状态下，da被设置为false，反馈被用来调整la以最大化目标性能指标。具体来说，调度器（第6-18行）修改la；在每个迭代中，用la +/-步在一个时间间隔（例如，5ms）内测量性能。la的值在三个数据点所指示的方向上进行调整。当la的当前值导致最佳性能时，调度器坚持使用当前值。la的值被保持在可接受的[0, 1.0]范围内，有一个负的惩罚函数。如果调度器发现最佳的la是1，它就会放弃调度，回到状态1；直观地说，这意味着NHC已经将当前的工作负载的访问压力并没有达到性能设备的极限，因此需要经典缓存来提高命中率，以进一步提高性能。

由于NHC依靠经典缓存来实现可接受的命中率，所以当工作负载位置发生变化时，它会重新启动优化过程。NHC调度器在运行时监控缓存命中率；如果当前命中率下降，调度器会重新进入状态1，用当前工作集重新配置缓存。如果工作负载从未稳定下来，NHC的行为就像传统的缓存。

图4 缓存调度器算法执行流程

实验结果

实验性能对比包含三个方面，分别为吞吐量、动态适应工作负载和与以前的工作对比。

吞吐量性能：图5中展示了Open CAS和Orthus-CAS在不同层次、负载量和命中率的只读工作负载下的标准化吞吐量。Load-1.0定义为最小的读取负载，以实现缓存设备的最大读取带宽；通过扩展Load-1.0产生Load-0.5、1.5和2.0。研究的层次包括DRAM、NVM、Optane SSD和Flash。还使用FlashSim模拟了具有两种性能差异（50:10和50:25）的层次结构；我们对FlashSim进行了配置，以模拟最高速度为50MB/s、25MB/s和10MB/s的设备。我们从图中观察到以下几点。首先，当负载较轻时（例如，负载-0.5），缓存设备的性能总是优于容量设备。在这种情况下，NHC不会绕过任何负载，其表现与经典缓存相同。第二，当工作负载可以充分利用缓存设备时，Orthus-CAS会提高性能。直观地说，较高的命中率和负载使NHC有更多机会绕过请求，提高性能。图5证明了这一直觉：在95%的命中率和Load-2.0的情况下，NHC在DRAM+NVM、NVM+Optane和Optane+Flash方面分别获得了21%、32%、54%的改善。在80%的命中率下，这种改进会略有减少。

图5 吞吐量实验结果图

动态工作负载性能：如图6(a)所示，Orthus-KV在白天的表现好，最高可达100%，但在夜间负荷较低时表现相似。图6(a)显示了Orthus-KV如何调整数据和负载的承认率。在夜间，两者都在100%左右；当命中率稳定时，Orthus-KV偶尔会调整负载接纳率，但在发现没有改善后，很快就回到了传统的缓存。在白天，Orthus-KV将数据接受率保持在0，并调整负载接受率以适应动态负载。图12(b)中证明NHC对工作集的突然变化反应良好。实验以YCSB-C为基础，从一个工作集开始，然后在时间10s时改变。图中显示，当工作集发生变化时（时间=10s），Orthus-KV迅速检测到命中率的变化，并切换到经典缓存：负载和数据接纳比率增加到1.0。在命中率开始稳定后（时间=11s），Orthus-KV调整了负载接受率。最初（11s-28s），由于命中率还不够高，Orthus-KV经常将1.0确定为最佳的负载接纳，并返回到传统的数据移动的缓存中。在工作负载变化后约20秒，命中率稳定下来，Orthus-KV达到了稳定的性能，比经典缓存高出60%。图12(c)显示了Orthus-KV在YCSB-D上的表现（95%读取，5%插入），在这里，由于对最近插入的值进行读取，位置性会随着时间而改变。由于位置性的变化和不接纳新数据到缓存中，Orthus-KV的命中率随着时间的推移而下降，直到NHC确定1.0是最佳的负载接纳率。然后Orthus-KV返回到传统的缓存，并提高命中率。一旦命中率恢复稳定，Orthus-KV就会恢复循环，调整负载接纳率。

图6 动态工作负载实验结果

现有工作对比：SIB的目标是具有许多SSD和HDD的HDFS集群，在这种情况下，HDD的总吞吐量是非同小可的：SIB将SSD作为一个写缓冲区（不提升任何读缺失），并建议使用HDD来处理额外的读流量。LBICA确定性能层何时处于 "突发负载 "状态，此时它不会向性能层分配新的数据；与NHC不同，LBICA不会重定向任何读取命中。如图7(a)所示，SIB+表现不佳，因为它不提升Optane中的读缺失。SIB++表现较好，但当工作负载发生变化时，如图7(b)所示，就会受到影响；在这些工作负载中，写流量每隔一段时间就会发生变化，时间在10到0.5秒之间。

图7 现有工作对比

总结

这篇文章引入了非分级缓存，这是一种优化的方法，可以从设备中提取峰值性能。NHC是基于一种新的缓存调度算法，该算法考虑了工作负载和设备特性，以做出分配和访问决定。通过实验，我们展示了NHC在各种设备、高速缓存配置和工作负载上的优势。同时，NHC通过将部分负载卸载到容量设备上，动态调整卸载工作量，利用容量设备的带宽，在性能上有很大改进。

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精密放大器

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所需E币: 0 2023-05-16 23:35 大小: 27.09KB 上传者：责任全在软件 9、谷景揭秘如何做好功率环形电感选型工 9、谷景揭秘如何做好功率环形电感选型工 所需E币: 0 2023-05-18 16:07 大小: 256.54KB 上传者：谷景电子电感 基于51单片机可控硅调档位仿真设计(包含仿真及源程序) 基于51单片机可控硅调档位仿真设计(包含仿真及源程序) 所需E币: 0 2023-05-19 10:40 大小: 78.97KB 上传者：木头1233 新版Springboot3.0打造能落地的高并发仿12306售票系统 分享课程——新版Springboot3.0打造能落地的高并发仿12306售票系统，附源码、电子手册。课程手把手教你完整落地“高并发，高可用，高性能” 整体解决方案实战。课程以12306售票系统驱动教学，融合老师多年大厂超大型项目架构设计与实战经验，带你从架构设计到具体场景方案落地，真正驾驭超高并发场景下的各种疑难问题，成为高薪抢手人才。 所需E币: 0 2023-05-17 15:14 大小: 604B 上传者：蝴蝶结欧恩 Precision 5MHz Function Generator AIM&THURLBY THANDAR INSTRUMENTS 所需E币: 3 2023-05-16 21:37 大小: 290.9KB 上传者：20221231 3、一体电感厂家谷景告诉你一体电感电流能做到多大. 3、一体电感厂家谷景告诉你一体电感电流能做到多大. 所需E币: 0 2023-05-18 16:05 大小: 217.64KB 上传者：谷景电子电感 6、谷景告诉你共模环形电感线圈选型时这些千万别弄错了 6、谷景告诉你共模环形电感线圈选型时这些千万别弄错了 所需E币: 0 2023-05-18 16:06 大小: 1.97MB 上传者：谷景电子电感 便携式储能电源南非安全LOA认证测试报告标准及流程 认证介绍南非国家强制规范实施法案（Act 5 of 2008）于2008年7月4日在政府公报31216颁布，并于2008年9月1日强制实行，由南非机构NRCS管控。NRCS是National Regulator of Compulsory Specification的缩写，中文全称为国家强制性要求管理部门，它的前身为SABS认证的监管部门，后来已经成为独立的部门。所有符合要求的电子电器产品，无论是出口还是销售于南非市场，都必须向NRCS申请获取授权书作为清关和销售通行证。19107516775认 陈丽莎 2023-05-22 10:57 62浏览 ChatGPT与深度学习的完美融合：打造智能化推荐系统新时代 PNN |AutoRec | 推荐算法NFM | ChatGPT | 深度学习新技术如ChatGPT、LLM、AIGC等的兴起，使推荐系统拥有更强的学习和预测能力。然而，推荐算法仍然是深度学习推荐系统中不可或缺的关键技术。推荐算法和这些技术应相辅相成，相互补充。推荐算法中的冷启动问题、Explore & Exploit、流行度纠偏、打散重排等问题，都是ChatGPT等技术未考虑的。AutoRec、Deep Crossing、NeuralCF、PNN、Wide&Deep、NFM、AFM 蓝海大脑GPU 2023-05-19 15:39 604浏览 适用于超高真空系统的传感器 在大多数超高真空系统中进行的烘烤过程可能会损坏温度传感器结构中使用的材料。即使传感器能够承受较高的烘烤温度，传感器的校准也可能发生变化。如果没有烘烤，传感器中的一些材料（例如Stycast®）也可能会作为泄漏干扰高真空。各种类型的环氧树脂和陶瓷可能会产生相当大的放气，其中一些材料无法在高温烘烤中幸存下来。采用适当的封装、二极管、Cernox, 铑铁和铂RTD可以容易地用于需要高温烘烤的超高真空系统中。在超高真空环境中需要注意的具体因素有： &n 锦正茂科技 2023-05-20 14:04 48浏览 移动储能电源、便携式汽车应急启动电源英国UKCA/欧盟CE认证标准要求 移动电源、储能电源、便携式汽车应急启动电源，上亚马逊英国站和欧洲站，需要提交UKCA认证和CE认证， 亚马逊政策要求通过亚马逊网站销售的移动电源和便携式汽车应急启动电源需要符合特定认证标准：CE 标志制造商的名称和地址或注册商标EC 符合性声明获取由官方认可的实验室出具的证明或检测报告，证明您的商品经过检测，符合下表所列的标准。也可以从品牌所有者或欧盟境内的官方进口商处获取此报告。咨询：191-0751-6775（V同）移动电源：EC 符合性声明+EN (IEC) 62133 或 UL2056便 陈丽莎 2023-05-19 17:04 374浏览 珠三角制造业的新常态 三年疫情，让大量的实体经济受到了巨大冲击，包括餐饮、酒店和航空等等，当然制造业供应链也经常遭遇中断。 曾经认为疫情过后，供应链恢复之后，制造业将迎来所谓的“黄金恢复期”，而事实上我们想象的跟实际却完全相反。 为什么会出现如此情形，让我们遭遇当下如此困局。 &n 天涯书生 2023-05-20 16:55 70浏览 电磁铁的用途概述 电磁铁是一种利用电流通过导线时产生的磁场而产生强大磁力的装置。以下是电磁铁的一些常见用途：电子设备：电磁铁用于制造各种电子设备，如电磁继电器、电磁阀门、电磁锁、电磁线圈等。机械工业：电磁铁用于制造各种机械装置，如电动机、电磁式制动器、电磁式离合器等。医学领域：电磁铁用于制造医疗设备，如核磁共振（MRI）和电磁治疗器等。研究领域：电磁铁用于研究物理学、化学和地球科学等领域的实验和研究，如电磁阱、电磁驱动器和电磁振荡器等。垃圾处理：电磁铁用于制造垃圾处理设备，如垃圾分类机、电磁分选器等。总之，电磁铁 锦正茂科技 2023-05-20 14:01 43浏览 Cernox 温度传感器碳陶瓷基体结构 Cernox温度传感器具有高灵敏度、稳定性好、遵循单一电阻与温度曲线，磁场性能优良和耐辐射等特性。适用于低温系统中1.5-375K范围内的测量。传感器在及其严格的质量控制下制造，并在强磁场、中子伽马辐射、热循环和机械耐久条件下证明长期稳定性。与其他可用的低温温度传感器相比，碳陶瓷低温温度计具有优越的机械和热环境性能，被广泛应用于整个工业研究领域。碳陶瓷基体结构※玻璃涂层，密封，2mmx8mmx1mm深※可用于气体、真空、液体和固体※选定的传感器经过 锦正茂科技 2023-05-20 14:10 81浏览 如何通过软件定义方案轻松实现卫星通信干扰测试？ GNSS信号本身的脆弱性和卫星信号传输中面临的风险一直被人们所关注着，例如干扰和欺骗，而GNSS接收设备也普遍缺乏对各种干扰的抵抗性与稳定性。根据GPS的创始架构师Brad Parkinson的说法，任何GNSS星座正变得越来越容易受到蓄意信号干扰或高级欺骗等威胁的影响。为什么GNSS信号容易受到攻击？首先，来自太空的GNSS信号一开始就非常微弱，假设GNSS信号以52dBm（即158W）传输，而卫星的运行高度约为20200公里，它们必须经过如此远的距离才能到达地球，信号穿过大气层后，接收天线得 虹科卫星与无线电通信 2023-05-22 09:48 63浏览 SMT加工焊点质量及外观检查 SMT加工焊点质量及外观检查随着技术的进步，手机，平板电脑等一些电子产品都以轻，小，便携为发展趋势化，在SMT加工中采用的电子元器件也在不断变小，如何保证焊点质量成为高精度贴片的一个重要课题。焊点作为焊接的桥梁，它的质量与可靠性决定了电子产品的质量。也就是说，在生产过程中，SMT的质量最终表现为焊点的质量。良好的焊点应该是在设备的使用寿命周期内，其机械和电气性能都不发生失效。其外观表现为：（1） 完整而平滑光亮的表面；（2） 适当的焊料量和焊料完全覆盖焊盘和引线的焊接部位 四川英特丽科技有限公司 2023-05-22 10:53 73浏览 未来3年：15种发展最快的传感器及119个细分领域分析（趋势预测） “旨在通过技术支持的研究改善业务成果”的新加坡顶级产品研究和咨询初创公司Twimbit，发布了其全球传感器产业研究项目系列报告内容，本文来自其部分报告内容：《15 Fastest Growing and Largest Sensors》及《Revenue Trends by Sensor Type 2021-2023》。文中，调研数据较丰富，并基于数据给出了从2021年到2023年，全球市场中，15种增长最快的传感器技术及15种市场规模最大的传感器，以及119种主要传感器种类的营收和市场份额情况 传感器专家网 2023-05-19 21:37 49浏览 毕业论文之PyQT5上位机开发 上位机用来干什么对于硬件工程师来说，上位机的主要作用就是提供一个良好的用户界面，方便用户使用硬件功能。另一个重要的优势是上位机的开发方式和开发环境相对下位机来说更加人性化。完善的IDE,丰富的硬件资源，大量的第三方库，使得做一个软件往往比做一个完善的硬件更容易。我们可以在计算机使用按钮，鼠标，键盘，下拉列表等作为输入信息的途径。用户的学习成本极低。同时也可以用文字输出框，波形显示控件，表格，声音作为信息的输出途径。信息获取直观，方便。本文将以我制作的模拟信号发生器上位机作为蓝本，介绍它的 x鑫鑫 2023-05-18 22:40 297浏览 阿里云、腾讯云、移动云飙“价”：智能普惠成新风向？ 经过过去一年的“低迷”境况之后，2023年云服务商因为AI大模型的爆发，重新燃起了斗志。站在当下的时间节点，云服务商们也在重新思考如何在新形势下，让自己占据更大的优势，于是一场围绕“技术竞争与市场争夺”的新战争打响了。继4月26日，阿里云宣布启动“史上最大规模降价”之后，日前腾讯云、移动云也纷纷跟进，宣布加入到这场“价格战”之中。不难预见，这场由阿里云挑起的“价格战”，已经成功在业内掀起了连锁反应。配图来自Canva可画云服务降价背后的行业共识作为国内首屈一指的行业龙头，阿里云的一举一动，向来都 刘旷 2023-05-19 10:22 263浏览 外部电源适配器美国DOE能效认证 DOE能效认证的简介：美国能源部简称DOE（电源必须达到6级能效），该认证依据美国能效相关法规颁布了要求说明，这便是DOE认证的来源。 DOE颁布其认证主要的目的是节能减排、帮助用户节约电能，从而达到降低能耗需求、减少温室效应等相关作用。现在所有在DOE认证范畴内的产品必须要满足新法令法规的要求。在清单中的产品必须要做DOE认证，比如空调、电源适配器，人们对节能环保要求越来越高，电源适配器、开关电源、充电器等外置电源作为高效、节能供电产品也在这一计划要求中。欧盟现在也强制要求推进外部电源 配器, 陈丽莎 2023-05-19 17:01 469浏览 温度传感器—SD封装安装方法 1. 安装区域应准备好并用丙酮等溶剂清洁，然后用异丙醇冲洗。在安装传感器之前留出时间让溶剂蒸发。2.下面的列表提供了使用多种不同方法安装传感器的简要说明。您的应用程序的限制应该决定要遵循的最合适的安装方法。机械：机械安装SD传感器的*选方法是使用弹簧加载夹具，夹具将SD传感器固定在与表面接触的位置，并允许轻松更换或更换传感器。应在传感器和传感器之间使用一层薄薄的 Apiezon® N 润滑脂（≤0.055 毫米）或平坦的100% 铟预制棒安装表面，以加强热接触。 弹簧可防止压碎传感器。铟焊料（1 锦正茂科技 2023-05-20 14:08 55浏览

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