实践：基于DAMON提升异构内存访问效率

本文在浪潮信息云峦服务器操作系统KeyarchOS（简称KOS）环境下，在DAMON的自动化策略执行模块DAMOS对异构内存访问的提升效果方面作用进行了应用验证。

随着云计算、大数据、人工智能等技术的快速发展，数据呈现出爆发式增长趋势，同时驱动着算力持续提升，然而，传统DRAM并未实现同步扩展以满足应用需求，应用对内存容量和带宽不断提高的需求，推动着内存扩展技术不断发展，在此背景下，CXL成为解决内存扩展瓶颈的最有前景的技术；与DRAM内存相比，扩展内存面临高延迟、低带宽的技术挑战，为了解决这些挑战，分层内存技术应运而生。

背景

在AI算力需求爆发式增长与混合内存架构普及的双重驱动下，异构内存系统（由具有差异化延迟和带宽特性的NUMA节点构成）已成为主流架构。此类系统中，亟需基于页面访问频率实施动态内存迁移策略，防止高访问密度页面（热页）滞留于慢速内存层导致的性能瓶颈。Linux内核的DAMON（数据访问监控框架）及其DAMOS（基于DAMON的操作方案）为此提供了核心技术支持。

技术原理

DAMON框架：作为轻量级内存访问监控方案，DAMON通过以下创新机制实现高精度冷热页识别：

1.多粒度采样机制

动态划分内存监控区域（Region），每个区域包含若干物理页。通过随机抽样检测页表项（PTE）的访问位（Accessed Bit）推断区域活跃度，显著降低扫描开销。

2.自适应区域调控

智能合并访问特征相似的相邻区域，分割访问差异显著的区域，维持100-1000个监控区域的动态平衡，实现监控精度与资源消耗的最优解。

3.VMA智能聚焦

基于虚拟内存区域（VMA）自动过滤未映射空间，专注监控堆、栈、mmap等关键内存区域，避免无效扫描。

DAMOS引擎：DAMOS作为DAMON的自动化策略执行模块，支持基于实时访问模式的自适应内存优化，主要操作类型包括：

策略触发机制：基于区域属性（大小、访问频率、生命周期）动态匹配操作条件，实现精准策略执行。

实验验证

硬件环境

工作负载

测试工具：Redis 6.2 + YCSB基准测试套件

数据特征：50GB数据集（Zipfian/Latest分布模拟热点访问）

压力构建：预分配冷内存强制95%数据初始存放于CXL节点

实施流程

1.禁用Redis持久化功能构建纯内存数据库

2.激活DAMOS_MIGRATE策略：

• DAMOS_MIGRATE_COLD:迁移冷页至CXL节点

• DAMOS_MIGRATE_HOT:迁移热页至DRAM节点

3.周期性执行访问模式分析与页迁移

性能评估

关键结论：动态分层管理主动降级冷页至CXL空间，升级热页至DRAM空间，使访问频繁的热页尽可能位于快速层，访问次数较少的冷页尽可能位于慢速层，显著优化内存访问效率。

问题修复与功能增强

BUG修复

测试发现当目标NUMA节点内存不足时，系统会异常触发跨层级内存申请（如DRAM不足时向CXL节点申请），与设计的NODE_MASK_NONE策略冲突。经代码分析定位到内存节点选择逻辑的缺陷，已修复该异常迁移逻辑。

功能优化

新增同层内存扩展机制：当目标节点内存不足时，选择同层级节点执行页迁移（如DRAM层内节点）。该功能通过/sys/kernel/mm/damon/路径下的相应的开关进行控制（默认关闭），用户可按需启用。

目前以上两个优化正在提交内核社区。

应用价值

DAMON+DAMOS架构为CXL、PMEM等新型内存设备提供动态管理方案，有效缓解慢速内存延迟较高导致的性能损失，有效提升数据库、AI推理等场景的性能。