非易失性内存编程接口与持久化存储技术

“非易失性内存编程接口——幻灯片-计算机科学” 本文将深入探讨非易失性内存（Non-Volatile Memory, NVM）的编程接口，包括固态驱动器、持久化内存文件系统、持久化区域以及持久化数据存储。由Michael Swi在威斯康星大学麦迪逊分校的演讲中详细阐述了这些概念。 首先，NVM固态驱动器是基于非易失性存储技术的设备，它们能够在断电后仍能保留数据。这种技术的引入改变了传统的存储架构，因为它们提供了比传统硬盘更高的速度和更低的延迟。NVM可以作为块设备使用，可以通过传统的文件系统或者增强的文件系统进行访问。在块模式下，NVM可以作为NVM-attached设备，这可能需要对现有的文件系统进行适应或优化以充分利用其特性。 其次，持久化内存文件系统是专为利用NVM设计的文件系统。这类文件系统旨在克服传统磁盘I/O的限制，提供更快的读写速度。例如，PMFS（Persistent Memory File System）、SCMFS（Storage Class Memory File System）和BPFS（Btrfs Persistent Memory）都是针对NVM特性优化的文件系统。这些文件系统不仅提高了性能，还能够更好地处理突然断电时的数据完整性问题。 接着，持久化区域（Persistent Regions）是一种直接访问内存的方法，允许操作系统内核直接与NVM进行交互。这种方法可以避免通过文件系统层的开销，实现更高效的低级别数据管理。同时，用户空间也可以通过特定的API（如NV-Heaps、Mnemosyne、CDDS）来访问和操作持久化内存，这些API允许用户在用户模式下进行加载和存储操作，进一步提升了应用程序的性能。 最后，NVM的使用有三种主要模式：NVM块模式、PM文件系统和用户级的load-store访问。在NVM块模式下，应用程序通过操作系统内核访问块设备；在PM文件系统模式下，文件系统提供对NVM的抽象访问；而在用户级load-store模式下，应用程序可以直接读写NVM，无需通过文件系统。 总结来说，非易失性内存的编程接口涉及硬件、操作系统内核、文件系统以及用户空间的应用程序设计。通过理解和优化这些接口，开发者可以创建出更高效、更可靠的存储解决方案，利用NVM的优势来提升系统的整体性能和数据持久性。