Unikernel是一种新型的轻量级虚拟化技术,它使用库操作系统来构建单地址空间机器镜像,并直接运行在虚拟机监控器（hypervisor）或裸机上。由于Unikernel高效和轻量级的特性,可以在一台服务器上部署数百台Unikernel虚拟机。在这种高密度应用部署的云平台中,内存成为首要的瓶颈资源。DRAM由于工艺的限制,无法继续扩展。新兴的非易失性存储器具有高存储密度特性,可以较低的成本提供超大的内存容量。因此,由DRAM和NVM组成的异构内存系统拥有高性能、大容量特点。基于Unikernel的异构内存管理还存在诸多挑战,如不支持异构内存分配,两级地址转换的高性能开销等。针对以上挑战,提出了面向Unikernel的异构内存管理机制（UCAT）,主要包括前后端协作的地址空间映射机制和基于大页的异构内存分配机制。前后端协作的地址空间映射机制通过前端虚拟机和后端的监控程序的协作,将底层内存的异构性暴露给上层,实现对异构内存分配的支持,由于目前Unikernel基本都不支持NUMA,这一机制为Unikernel利用异构内存提供了理论和技术支持,同时也是UCAT机制的基础。基于大页的异构内存分配机制通过使用大页来降低两级地址转换的开销。在虚拟化环境下,TLB缺失将导致大量的内存访问,而使用大页可以减少内存访问次数,从而降低了访存开销。同时UCAT机制还引入了slab机制支持细粒度的内存请求以降低使用大页带来的内存内部碎片和内存浪费问题。选择Unikernel社区开源系统OSv作为实验平台,实现了上述关键机制。实验结果表明,相较于OSv原本的内存管理机制,使用UCAT机制减少了虚拟机50%的内存使用量和41%的TLB缺失率。另外,在对实际应用Memcached的性能测试中,使用YCSB和memslap测试程序,UCAT机制比OSv原本的内存管理机制将吞吐量分别提高了14.9%和18.5%。