持久内存（Persistent Memory, PM）结合了传统易失性内存与磁盘存储器的特性，既具有较高的访问性能，又可以确保数据在断电后不会丢失，同时还具有TB级的超大容量。此外，持久内存可以绕过操作系统被应用程序直接访问，极大地提升了存储访问性能。然而，持久内存的动态分配需要考虑元数据的崩溃一致性，这使得传统的易失性内存分配器无法被应用于持久内存。

为了解决持久内存的动态分配问题，信息存储与光显示功能实验室硕士生向翔宇在华宇教授的指导下，提出了一种具有崩溃一致性保障的高效持久内存分配器PMA。图1展示了PMA的总体框架：PMA将持久内存堆文件映射到应用进程的虚拟地址空间，并采用二级内存管理机制以减少内存碎片。为了提高并发性，PMA为每一个工作线程设置了一个私有内存池，极大地降低了并发控制开销。为了保障元数据的崩溃一致性，PMA设计了一种轻量化的写前日志来确保元数据在崩溃后的可恢复性。图2展示了该方案可以将持久内存分配操作的吞吐量提升至多19.1倍。

这项研究工作题为“PMA: A Persistent Memory Allocator with High Efficiency and Crash Consistency Guarantee”，发表在中国计算机学会推荐的B类国际学术会议International Conference on Computer Design (ICCD 2023)。

图 1 PMA设计架构图

图 2 不同持久内存分配器的分配操作吞吐量

研究工作得到了国家自然科学基金的资助。