非易失性内存是一种非常具有应用前景的计算机内存技术,将会对计算机存储层次结构产生很大影响。非易失性内存具有可字节寻址、访问延迟低、能持久存储数据等特点,是DRAM或磁盘潜在的替代品。其中一些因其可字节寻址特性并能代替磁盘存储数据,又被称为存储类内存(SCM)。这类内存可以和DRAM一样通过内存总线连接到计算机,并通过CPU的load/store指令对它们进行访问。这使得在非易失性内存中设计快速的持久存储系统成为可能。现在针对外存进行优化的键值存储系统,非常依赖文件系统进行数据持久存储。它们不能利用非易失性内存可直接进行数据访问的特性。一些针对非易失性内存设计的键值存储系统认为在系统掉电时计算机硬件应该把高速缓存中的数据保存到非易失性内存中。当计算机不具备这种能力时,数据的持久化将无法得到保证。本文提出一种轻量级日志结构以SCM为存储介质的键值存储系统SCMKV。SCMKV根据键值数据负载的特性提出了用数组链解决哈希冲突的哈希表实现方案,采用日志结构技术进行内存管理,在此之上实现了一个多层的内存分配器以提高内存分配效率,为了提高系统的并发能力,每个工作线程都有自己的数据日志。具体地说,在系统初始化时,SCMKV根据SCM空间大小估算哈希表的初始大小,通过比较大的桶数减少哈希冲突的概率和哈希表的扩容次数。数组链是一种物理地址连续的数据结构,通过高效利用硬件缓存加快系统查询速度。日志结构技术能够提高内存的利用率,并提供数据一致性保证,SCMKV在此之上实现了一种多层的内存分配器。不同层次的分配器完成的功能不同,可实现相应的优化。日志分配器可以提供多线程的资源隔离,对象分配器只需访问DRAM。SCM的读写速度不均衡、写延迟比DRAM高,SCMKV把对象分配器的数据结构存储到DRAM中,并通过读页状态表计算垃圾回收算法的需要的数据,从而减少对SCM的写访问。在使用均匀分布的小对象数据集进行多线程写性能测试时,SCMKV单线程的吞吐量是2.1 Mops,四线程的吞吐量5.4 Mops,具有良好的吞吐性能和扩展能力。