Collaborative Research: CCF Core: Small: User-transparent Data Management for Persistence and Crash-consistency in Non-volatile Memories
协作研究:CCF 核心:小型:用户透明的数据管理,以实现非易失性存储器中的持久性和崩溃一致性
基本信息
- 批准号:2313147
- 负责人:
- 金额:$ 20万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:Standard Grant
- 财政年份:2023
- 资助国家:美国
- 起止时间:2023-10-01 至 2024-03-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
Non-volatile memory is a type of computer memory that can retain stored data upon a power loss or system crash. Due to its large capacity and low energy footprint compared to traditional volatile memory, non-volatile memory has long been envisioned as an ideal solution for building large-scale, cost-effective, energy-efficient, and recoverable applications in many critical domains, including high-performance computing, machine learning, and embedded systems. Although non-volatile memory is available as commercial memory chips and offers numerous promises, it has not yet been widely adopted in production systems. The major obstacle is the difficulty to ensure that data is timely and correctly written to non-volatile memory, allowing it to be restored to a consistent state after a crash. Currently, application developers carry the burden of porting legacy applications to non-volatile memory, which is tedious and error-prone. This project seeks to establish a generic framework for user-transparent persistence and crash consistency that allows unmodified legacy applications to run efficiently and correctly with non-volatile memory. The success of this project will help unleash the full potential of non-volatile memory and make it easier to adopt. The research will also provide valuable insights into data management in future hybrid, disaggregated memory systems. In addition, this project involves mentoring Ph.D. students, engaging minority students, course development, and K12 outreach activities. This project integrates non-volatile memory into the page/buffer cache in memory management – i.e., an abstraction that bridges the view of byte-addressable memory and a backing memory device -- to provide persistence and crash consistency to user-space programs with no or little user involvement. The challenges lie in 1) how to intercept program updates and redirect them to non-volatile memory for persistence; 2) how to properly order the updates and ensure update atomicity to guarantee crash consistency; 3) how to efficiently integrate non-volatile memory into page/buffer cache management without incurring noticeable overhead or performance degradation. This project addresses these challenges by focusing on persisting three types of program data – file-backed data, dynamically allocated application memory, and program metadata for virtual memory management, such as page tables, and exploring various software and hardware techniques, such as copy-on-write, undo logging, shadow paging, and extended page tables, for each data type to achieve efficient crash consistency. This project advances the understanding of hybrid memory management for volatile and non-volatile memories while simultaneously achieving high usability, good backward compatibility, and high efficiency.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
非易失性存储器是一种计算机存储器,可以在断电或系统崩溃时保留存储的数据。与传统的易失性存储器相比,非易失性存储器具有大容量和低能耗的特点,长期以来一直被认为是构建高性能计算、机器学习和嵌入式系统等关键领域中大规模、低成本、高能效和可恢复应用的理想解决方案。尽管非易失性存储器可以作为商业存储器芯片使用,并提供了许多承诺,但它尚未在生产系统中广泛采用。主要障碍是难以确保数据及时和正确地写入非易失性存储器,使其在崩溃后恢复到一致的状态。目前,应用程序开发人员背负着将遗留应用程序移植到非易失性存储器的负担,这既繁琐又容易出错。该项目旨在为用户透明的持久性和崩溃一致性建立一个通用框架,允许未经修改的遗留应用程序使用非易失性存储器高效而正确地运行。该项目的成功将有助于释放非易失性存储器的全部潜力,并使其更容易采用。这项研究还将为未来混合、分散存储系统的数据管理提供有价值的见解。此外,该项目还包括指导博士生、吸引少数族裔学生、课程开发和K12外展活动。该项目将非易失性内存集成到内存管理中的页面/缓冲区缓存中--即连接字节可寻址内存和后备内存设备视图的抽象--为用户空间程序提供持久性和崩溃一致性,而无需或几乎没有用户参与。挑战在于1)如何拦截程序更新并将其重定向到非易失性存储器以进行持久化;2)如何正确地对更新进行排序并确保更新原子性以保证崩溃一致性;3)如何在不引起明显开销或性能下降的情况下将非易失性存储器有效地集成到页面/缓冲区缓存管理中。该项目通过持久化三种类型的程序数据-文件备份数据、动态分配的应用程序内存和用于虚拟内存管理的程序元数据(如页表)来解决这些挑战,并探索各种软件和硬件技术,如写入时复制、撤消日志记录、阴影分页和扩展页表,以实现高效的崩溃一致性。该项目促进了对易失性和非易失性存储器的混合存储器管理的理解,同时实现了高可用性、良好的向后兼容性和高效率。该奖项反映了NSF的法定使命,并通过使用基金会的智力优势和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。
项目成果
期刊论文数量(0)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}
{{
item.title }}
{{ item.translation_title }}
- DOI:
{{ item.doi }} - 发表时间:
{{ item.publish_year }} - 期刊:
- 影响因子:{{ item.factor }}
- 作者:
{{ item.authors }} - 通讯作者:
{{ item.author }}
数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}
{{ item.title }}
- 作者:
{{ item.author }}
数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}
{{ item.title }}
- 作者:
{{ item.author }}
数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}
{{ item.title }}
- 作者:
{{ item.author }}
数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}
{{ item.title }}
- 作者:
{{ item.author }}
数据更新时间:{{ patent.updateTime }}
Hui Lu其他文献
Prediction of liquidus temperature for complex electrolyte systems Na3AlF6-AlF3-CaF2-MgF2-Al2O3-KF-LiF based on the machine learning methods
基于机器学习方法预测复杂电解质体系Na3AlF6-AlF3-CaF2-MgF2-Al2O3-KF-LiF的液相线温度
- DOI:
10.1016/j.chemolab.2019.03.015 - 发表时间:
2019-06 - 期刊:
- 影响因子:3.9
- 作者:
Hui Lu;Xiaojun Hu;Bin Cao;Wanqiu Chai;Feiya Yan - 通讯作者:
Feiya Yan
Texture Synthesis Based Thyroid Nodule Detection From Medical Ultrasound Images: Interpreting and Suppressing the Adversarial Effect of In-place Manual Annotation
基于纹理合成的医学超声图像甲状腺结节检测:解释和抑制就地手动注释的对抗效应
- DOI:
10.3389/fbioe.2020.00599 - 发表时间:
2020-06 - 期刊:
- 影响因子:5.7
- 作者:
Siqiong Yao;Junchi Yan;Mingyu Wu;Xue Yang;Weituo Zhang;Hui Lu;Biyun Qian - 通讯作者:
Biyun Qian
One-step hydrothermal synthesis of hybrid core-shell Co3O4@SnO2–SnO for supercapacitor electrodes
一步水热合成超级电容器电极混合核壳Co3O4@SnO2·SnO
- DOI:
10.1016/j.ceramint.2020.03.126 - 发表时间:
2020-07 - 期刊:
- 影响因子:5.2
- 作者:
Yanling Li;Shengchang Wang;Junke Wu;Jinfu Ma;Lihua Cui;Hui Lu;Zhilin Sheng - 通讯作者:
Zhilin Sheng
κB-α pathway and expression of HSP72
κB-α通路与HSP72的表达
- DOI:
- 发表时间:
2005 - 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:
Hui Lu;Zhenggang Zhu;X. Yao;R. Zhao;Chao Yan;Yi Zhang;Bing;H. Yin;Yan;R. Zhao - 通讯作者:
R. Zhao
Comparison of Water Surface Detection Methods for Inundation Mapping from Sentienl-2 and Landsat-8: Zhengzhou Flood Case
Sentienl-2 和 Landsat-8 洪水测绘水面检测方法的比较:郑州洪水案例
- DOI:
10.1109/igarss46834.2022.9884774 - 发表时间:
2022 - 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:
Yawei Xu;Hui Lu - 通讯作者:
Hui Lu
Hui Lu的其他文献
{{
item.title }}
{{ item.translation_title }}
- DOI:
{{ item.doi }} - 发表时间:
{{ item.publish_year }} - 期刊:
- 影响因子:{{ item.factor }}
- 作者:
{{ item.authors }} - 通讯作者:
{{ item.author }}
{{ truncateString('Hui Lu', 18)}}的其他基金
CAREER: Rethinking Virtualization in Cloud-Native Systems
职业:重新思考云原生系统中的虚拟化
- 批准号:
2415774 - 财政年份:2023
- 资助金额:
$ 20万 - 项目类别:
Continuing Grant
Collaborative Research: CCF Core: Small: User-transparent Data Management for Persistence and Crash-consistency in Non-volatile Memories
协作研究:CCF 核心:小型:用户透明的数据管理,以实现非易失性存储器中的持久性和崩溃一致性
- 批准号:
2415473 - 财政年份:2023
- 资助金额:
$ 20万 - 项目类别:
Standard Grant
CAREER: Rethinking Virtualization in Cloud-Native Systems
职业:重新思考云原生系统中的虚拟化
- 批准号:
2237966 - 财政年份:2023
- 资助金额:
$ 20万 - 项目类别:
Continuing Grant
CNS Core: Small: Collaborative: Salvaging Commodity Operating Systems toSupport Emerging Networking Technologies
CNS 核心:小型:协作:挽救商品操作系统以支持新兴网络技术
- 批准号:
1909877 - 财政年份:2019
- 资助金额:
$ 20万 - 项目类别:
Standard Grant
Towards a systems-level understanding of the novel redox-regulated mitochondrial protein import and disulphide bond formation pathway
对新型氧化还原调节线粒体蛋白输入和二硫键形成途径的系统级理解
- 批准号:
BB/H017208/1 - 财政年份:2011
- 资助金额:
$ 20万 - 项目类别:
Research Grant
相似国自然基金
复杂电子产品超精密加工及检测关键技术研究与应用
- 批准号:
- 批准年份:2025
- 资助金额:0.0 万元
- 项目类别:省市级项目
基于合成生物学的动物底盘品种优化及中试应用研究
- 批准号:
- 批准年份:2025
- 资助金额:0.0 万元
- 项目类别:省市级项目
运用组学整合技术探索萆薢分清散联合化疗治疗晚期胰腺癌的临床研究
- 批准号:
- 批准年份:2025
- 资助金额:0.0 万元
- 项目类别:省市级项目
九里香等提取物多靶向制剂抗肺癌的作用及机制研究
- 批准号:
- 批准年份:2025
- 资助金额:0.0 万元
- 项目类别:省市级项目
升血小板方治疗原发免疫性血小板减少症的临床研究
- 批准号:
- 批准年份:2025
- 资助金额:0.0 万元
- 项目类别:省市级项目
八髎穴微波热疗在女性膀胱过度活动症治疗中的价值研究
- 批准号:
- 批准年份:2025
- 资助金额:0.0 万元
- 项目类别:省市级项目
基于 miR-455-5p 介导的氧化应激机制探讨糖尿病视网膜病变中医分型治疗的临床研究
- 批准号:
- 批准年份:2025
- 资助金额:0.0 万元
- 项目类别:省市级项目
基于 UPLC-Q-TOF-MS/MS 分析的 异功散活性成分评价及提取工艺研究
- 批准号:
- 批准年份:2025
- 资助金额:0.0 万元
- 项目类别:省市级项目
无创电针对于痉挛型双瘫脑 瘫患儿的有效性与安全性研究:一项随机 单盲前瞻性队列研究
- 批准号:
- 批准年份:2025
- 资助金额:0.0 万元
- 项目类别:省市级项目
弹压式手法与体外冲击波治疗肱骨外上髁炎的对比研究
- 批准号:
- 批准年份:2025
- 资助金额:0.0 万元
- 项目类别:省市级项目
相似海外基金
Collaborative Research: CCF Core: Small: User-transparent Data Management for Persistence and Crash-consistency in Non-volatile Memories
协作研究:CCF 核心:小型:用户透明的数据管理,以实现非易失性存储器中的持久性和崩溃一致性
- 批准号:
2313146 - 财政年份:2023
- 资助金额:
$ 20万 - 项目类别:
Standard Grant
Collaborative Research: CCF Core: Small: User-transparent Data Management for Persistence and Crash-consistency in Non-volatile Memories
协作研究:CCF 核心:小型:用户透明的数据管理,以实现非易失性存储器中的持久性和崩溃一致性
- 批准号:
2415473 - 财政年份:2023
- 资助金额:
$ 20万 - 项目类别:
Standard Grant
Collaborative Research: CCF: AF: Medium: Validated Soft Approaches to Parametric ODE Solving
协作研究:CCF:AF:中:经过验证的参数 ODE 求解软方法
- 批准号:
2212461 - 财政年份:2022
- 资助金额:
$ 20万 - 项目类别:
Continuing Grant
Collaborative Research: CCF: AF: Medium: Validated Soft Approaches to Parametric ODE Solving
协作研究:CCF:AF:中:经过验证的参数 ODE 求解软方法
- 批准号:
2212460 - 财政年份:2022
- 资助金额:
$ 20万 - 项目类别:
Continuing Grant
Collaborative Research: CCF: AF: Medium: Validated Soft Approaches to Parametric ODE Solving
协作研究:CCF:AF:中:经过验证的参数 ODE 求解软方法
- 批准号:
2212462 - 财政年份:2022
- 资助金额:
$ 20万 - 项目类别:
Continuing Grant
Collaborative Research: CISE-MSI: DP: CCF: SHF: MSI/HSI Research Capacity Building via Secure and Efficient Hardware Implementation of Cellular Computational Networks
合作研究:CISE-MSI:DP:CCF:SHF:通过安全高效的蜂窝计算网络硬件实现进行 MSI/HSI 研究能力建设
- 批准号:
2131070 - 财政年份:2021
- 资助金额:
$ 20万 - 项目类别:
Standard Grant
Collaborative Research: CISE-MSI: DP: CCF: SHF: MSI/HSI Research Capacity Building via Secure and Efficient Hardware Implementation of Cellular Computational Networks
合作研究:CISE-MSI:DP:CCF:SHF:通过安全高效的蜂窝计算网络硬件实现进行 MSI/HSI 研究能力建设
- 批准号:
2131163 - 财政年份:2021
- 资助金额:
$ 20万 - 项目类别:
Standard Grant
NSF-BSF: SHF: CCF: Small: Collaborative Research: Hardware/Software Design of Durable Data Structures and Algorithms for Non-Volatile Main Memory
NSF-BSF:SHF:CCF:小型:协作研究:非易失性主存储器的持久数据结构和算法的硬件/软件设计
- 批准号:
1909715 - 财政年份:2019
- 资助金额:
$ 20万 - 项目类别:
Standard Grant
NSF-BSF: SHF: CCF: Small: Collaborative Research: Hardware/Software Design of Durable Data Structures and Algorithms for Non-Volatile Main Memory
NSF-BSF:SHF:CCF:小型:协作研究:非易失性主存储器的持久数据结构和算法的硬件/软件设计
- 批准号:
1908806 - 财政年份:2019
- 资助金额:
$ 20万 - 项目类别:
Standard Grant
CCF-BSF: AF: Small: Collaborative Research: Practice-Friendly Theory and Algorithms for Linear Regression Problems
CCF-BSF:AF:小型:协作研究:线性回归问题的实用理论和算法
- 批准号:
1814041 - 财政年份:2018
- 资助金额:
$ 20万 - 项目类别:
Standard Grant