嵌入式系統(tǒng)中的內存壓縮技術

摘要：介紹內存壓縮技術和一個基于硬件的內存壓縮系統(tǒng)模型，探討內存壓縮技術在嵌入式系統(tǒng)中的應用；重點介紹內存壓縮系統(tǒng)的硬件要求及操作系統(tǒng)對內存壓縮機制的支持；簡單介紹內存壓縮中常用的算法Lempel-Ziv，并就內存壓縮技術在嵌入式系統(tǒng)中的應用問題作一些探討。

    關鍵詞：嵌入式系統(tǒng) 內存壓縮 壓縮內存控制器 Lempel-Ziv算法

1 內存壓縮技術介紹

為節(jié)省存儲空間或傳輸帶寬，人們已經(jīng)在計算機系統(tǒng)中廣泛地使用了數(shù)據(jù)壓縮技術。在磁介質存儲數(shù)據(jù)或網(wǎng)絡傳輸數(shù)據(jù)時，人們使用基于硬件或軟件的各種壓縮技術。當壓縮技術在各個領域都很流行時，內存壓縮技術卻由于其復雜性而一直未得到廣泛使用。近年來，由于在并行壓縮一解壓算法以及在硅密度及速度方面取得的進展，使得內存壓縮技術變得可行。

內存壓縮技術的主要思想是將數(shù)據(jù)按照一定的算法壓縮后存入壓縮內存中，系統(tǒng)從壓縮內存中找到壓縮過的數(shù)據(jù)，將其解壓后即可以供系統(tǒng)使用。這樣既可以增加實際可用的內存空間，又可以減少頁面置換所帶來的開銷，從而以較小的成本提高系統(tǒng)的整體性能。

內存壓縮機制是在系統(tǒng)的存儲層次中邏輯地加入一層——壓縮內存層。系統(tǒng)在該層中以壓縮的格式保存物理頁面，當頁面再次被系統(tǒng)引用時，解壓該壓縮頁后，即可使用。我們將管理這一壓縮內存層的相關硬件及軟件的集合統(tǒng)稱為內存壓縮系統(tǒng)。內存壓縮系統(tǒng)對于CPU、I/O設備、設備驅動以及應用軟件來說是透明的，但是操作系統(tǒng)必須具有管理內存大小變化以及壓縮比率變化的功能。

對于大多數(shù)的操作系統(tǒng)而言，要實現(xiàn)內存壓縮，大部分體系結構都不需要改動。在標準的操作系統(tǒng)中，內存都是通過固定數(shù)目的物理頁框（page frame）來描述的，由操作系統(tǒng)的VMM來管理。要支持內存壓縮，OS要管理的實際內存大小和頁框數(shù)目是基于內存的壓縮比率來確定的。這里的實現(xiàn)內存是指操作系統(tǒng)可的內存大小，它與物理內存的關系如下：假設PM是物理內存，RM（t）是系統(tǒng)在t時刻的實際內存，而CR（t）是壓縮比率，在給定時刻t可支持的最大實際內存為RM（t）=CR1（t）×PM。然而，由于應用程序的數(shù)據(jù)壓縮率是不依賴于OS而動態(tài)變化的，未壓縮的數(shù)據(jù)可能會耗盡物理內存，因此當物理內存接近耗盡時，操作系統(tǒng)必須采取行動來解決這個問題。

2 內存壓縮系統(tǒng)的硬件模型

目前由于內存壓縮的思想越來越引起人們的注意市場上也出現(xiàn)了一些基于軟件的內存壓縮器。這些內存壓縮器主要是通過軟件對數(shù)據(jù)進行壓縮，但由于訪問壓縮數(shù)據(jù)帶來的延遲，它在系統(tǒng)性能方面改進并不明顯，有些甚至降低了系統(tǒng)

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