面向GPU异构并行系统的多任务流编程模型

传统并行编程模型和框架不能有效利用和发挥GPU异构并行系统特点,应用开发难度大,性能优化困难,文中采用混合编程模型思想,建立了一种以协处理器为中心的GPU计算核心与CPU控制相融合的多任务流编程模型.模型将并行任务与CUDA流相结合,利用系统硬件并行性特点实现程序任务级和数据级并行;采用任务间消息通信和任务内数据共享通信方式,既保证对传统并行应用的继承又降低了不同存储空间给应用开发带来的复杂性和难度.基于该编程模型实现了一个运行时支持系统原型,测试结果表明可保证高效的数据通信,且能充分利用系统计算能力,提高了应用程序运行效率.

新型的IBA刀片式集群服务器及其内部互联

从服务器分类以及应用的角度阐述了现有集群服务器的优劣势,指出以Infiniband为基础的刀片式集群服务器将更能适应服务的要求。最后,提出并分析了一种实现128个端口交换网的冗余互联结构。

基于映像的集群部署系统设计与实现

使用基于映像的安装技术和Intel的PXE协议,基于分布式网络模型设计并实现了一个Linux集群部署系统,能够快速部署大规模集群。系统具有良好的可扩展性、单一控制点。经过实践使用表明,该系统能够简化集群安装和维护工作,降低系统管理员工作量。

基于Cell多核处理器的层次化运行时支持技术

基于Cell处理器的异构多核架构及软件显式管理的多级存储层次,使其面临编程困难和性能难以有效发挥等问题.现有基于Cell/B.E.的编程模型多侧重于支持类似于流处理的"批量访存"(bulk data transfer)应用,传统非规则访存应用性能较低.通过扩展Cell/B.E.访存库增强协处理单元的自主作用,以协处理单元为中心建立Cell计算平台上的MPI和弱一致性Pthread分层并行编程运行时支持.分层的运行时支持结构及扩展后的Cell/B.E.访存库使模型具有更好的效率和可扩展性,并且提高了非规则应用的性能;模型中的MPI方便了大量传统并行应用向新架构的移植及开发,而弱一致性Pthread则为MPI提供高效的任务运行时管理支持及为系统级用户提供对架构全面控制的编程接口.实验结果表明,提出的运行时支持技术不仅可适应不同应用的要求,同时借助访存库中的剖分优化机制可有效地挖掘Cell/B.E.架构性能.

InfiniBand交换机制的研究

随着计算能力向数据中心的集中,消除数据通信性能瓶颈和改进系统管理变得比以往更加重要,I/O子系统是造成这类问题的关键。InfiniBand是被认为可以消除当前I/O架构性能瓶颈的一种新的I/O技术,这种基于交换式的I/O新技术的核心就是交换机。文章介绍了InfiniBand技术,着重分析了InfiniBand交换机的功能,最后给出了交换机的架构模块设计方案并对交换机的性能进行了分析与比较。

网格环境中资源共享模型的研究

资源共享,尤其是高性能资源的共享是网格环境中需要解决的一个关键问题。在网格环境中,资源通过服务的方式提供,而GT3InformationService和P2P技术正是实现服务管理和共享的重要手段。文章首先介绍了InformationService和P2P技术的工作原理,然后,结合这两种技术的特点,提出了一种使用P2P网络进行容错的树形资源共享结构的网格环境中的服务实现共享的模型,并进行了分析。

基于WDM技术的虚拟多环互连网络的自适应路由算法

自适应路由算法能够根据网络状态选择能回避阻塞或故障结点的路径 ,使得链路得到有效利用 ,均匀分布通信流量 ,减少平均传输延时 ,最大限度地提高网络的性能 .该文针对一种结构简单、易于实现、性能较优的多跳虚拟环网结构 DS- WDM Ring设计了三种自适应路由算法 .在 PC机上设计并实现了路由算法模拟模型 ,对 DS-WDM Ring上的自适应路由算法和静态路由算法进行了模拟 ,统计出了几种路由算法在不同的网络负载下的平均阻塞率、平均跳数、平均延时和结点端口的利用率 ,比较分析了几种路由的性能 .

一种基于实体行为风险评估的信任模型

信任是人们在各种交易活动中的一个基本要素,其与风险密切相关,并成为系统安全决策的两个关键因素.现有的信任研究大多将风险看作信任的一种补充,甚至忽略了风险的影响,这将导致系统安全决策的片面性和主观性.针对该问题,文中提出了一种基于实体行为风险评估的信任模型.该模型通过对系统的资产识别、脆弱性识别和威胁识别,建立了用于实体行为特征匹配的规则,提出一种加权复合函数计算实体行为中潜在的风险,并给出一种基于风险的实体信任计算方法.应用实例及测试结果表明该模型能够有效地识别实体行为中潜在的风险,并随着实体行为的变化正确地计算出实体风险与信任的变化,为系统安全决策提供了客观、可靠的信息支持.

众核处理器系统核资源动态分组的自适应调度算法

针对众核处理器系统的核资源优化使用问题,提出了一种支持核资源动态分组的自适应调度算法CASM(core-partitioned adaptive scheduling for many-core systems).该算法通过对任务簇的拆分与合并,动态构建可弹性分区的核逻辑组,实现核资源的隔离优化访问.为了平衡核资源利用率及任务调度效率,CASM算法针对任务簇间和簇内的不同特点,分别采用公平性较好的均衡调度算法和资源利用率较高的自适应调度算法.在线竞争理论分析表明,CASM算法的任务执行时间在线竞争比为常数2,其性能可扩展性较好.实验结果表明,与WS(work-stealing),AGDEQ(adaptive greedy dynamic equi-partitioning)和EQUI?EQUI算法相比,CASM算法使任务集运行时间分别减少了近46%,32%和15%.在相同能耗情况下,CASM算法大幅度地提升了系统吞吐量.

低轨航天器天基测控方法研究

我国的航天器测控主要依赖地基测控系统实施,随着民用和军用需求的不断增加,太空运行的低轨航天器数量越来越多．仅依赖地基测控系统满足这些航天器的测控需求越来越困难,费用也越来越高．探索新的、有效且经济的测控模式势在必行．天基测控技术是航天器测控发展的方向,研究和应用天基测控技术具有重要的实用价值,可以解决困扰我国航天领域多年的测控资源紧张问题．在分析美国NASA数据与中继卫星系统相关技术的基础上,提出了我国低轨航天器天地基测控模式,讨论了该模式的运行原理,设计了该模式的仿真系统,分析了应用该模式需解决的关键技术问题,通过基于设计的仿真系统对提出的测控模式进行了验证．验证结果表明了提出的天地基测控模式可行,可以满足低轨航天器的测控需求．

一种支持负载均衡的多机心跳模型

状态检测是高可用性和可靠性的重要组成部分 ,设计实现了一个分布式的高可用检测机制 ,该机制逻辑上分为一个主节点和多个从节点 ;主节点由所有节点选举产生 ,周期性的对需要检测的虚拟子网进行轮循 ,从节点在收到轮循消息后给予响应 ;主从节点分别依据轮循响应和轮循信息对彼此的健康状态进行检测 .较好的定时策略 ,确保了较低的误报概率和诊断延迟 .该机制支持负载在主从节点上的均衡分配 ,扩展性好 ,状态机需要维护的状态数少 ,管理简单 .

分布式对象中间件技术研究

中间件是处于操作系统和应用层之间的一个软件层,由于它可以简化基于分布式系统的开发应用,成为目前软件工程中的热点。在对中间件简单概述基础上,讨论了分布式对象中间件的层次结构和发展现状,最后通过对目前主流分布式对象中间件技术的分析和比较,从4个方面给出了中间件技术的发展趋势,它们是接口的标准化、体系结构的构件化、开放化和可配置化以及使用的简单化。

CPU-GPU系统中基于剖分的全局性能优化方法

针对将应用移植到CPU-GPU异构并行系统上时优化策略各自分散、没有一个全局的指导思想的问题,提出了一种基于剖分的全局性能优化方法.该方法由优化策略库、剖分工具库和策略配置模块组成.优化策略库将应用移植到异构并行系统上的性能优化过程划分为访存级、内核加速级和数据划分级3级优化;针对3级优化剖分工具库提供了3级剖分机制,通过运行时的剖分技术获取剖分信息;策略配置模块根据所获取的信息指导用户在每级优化中选择合适的优化策略.实验证明,基于剖分的全局性能优化方法可以明确地指导将应用移植到CPU-GPU异构并行系统上的全局优化过程,利用该优化方法后,以矩阵相乘和傅里叶变换为例的应用性能提升明显,最终性能相对于访存级优化最高可提高30%左右.

一种支持多种访存技术的CBEA片上多核MPI并行编程模型

现有的CBEA（Cell Broadband Engine Architecture）编程模型多侧重于支持类似于流处理的“批量访存”（Bulk Data Transfer）应用,传统非规则访存应用性能较低.文中基于Cell架构提出了一种同时支持“批量访存”与非规则访存应用的MPI并行编程模型,将通信分解在PPE（PowerPC Processing Element）上,拓宽模型的适用范围;在统一访存接口下,通过运行时访存剖分信息指导选择和优化访存以提高计算效率.实验结果表明,文中提出的编程模型支持多种访存模式并具有很好的并行加速比,可获得较同类相关技术30%-50%左右的性能提升.

基于OpenPBS的机群作业管理系统的设计与实现

机群作业管理系统直接关系到机群性能的发挥和使用率的提高,是机群的一个重要组成部分。该文主要介绍了当前比较流行的作业管理系统OpenPBS的结构及工作过程,以及在其基础上开发的好用的web方式的作业提交系统。基于web的使用策略增加了系统的好用性。

面向Cell宽带引擎架构的异构多核访存技术

针对Cell宽带引擎架构（CBEA）多核高性能处理器要求软件显式地对分层存储结构进行管理，带来架构的可编程性及性能等问题，提出了一种基于CBEA的异构多核访存技术．将CBEA访存分为批量访存和按需访存；通过合理部署数据缓冲区来减小批量访存计算中的片内访存开销，利用支持粗粒度访问的软件管理cache及数据预取来降低按需访存的片外访存开销；以访存接口库的方式来改善软件的可编程性．实验结果表明，所提技术的访存接口库在批量访存方式下的性能比ALF和CellSs提高了30％～50％，按需访存中软件管理cache性能比CBE软件开发工具包提高了20％～30％，4路数据预取访存比单路缓存的性能提高约50％．

InfiniBand:一种新型的高速互连网络

随着计算能力向数据中心的集中,消除性能瓶颈和改进系统管理变得比以往更加重要。I/O子系统是造成这类问题的关键。InfiniBand被认为是可以消除当前I/O架构性能瓶颈的一种新的I/O技术。该文首先分析当前I/O系统的瓶颈问题,然后从IBA整体架构、层次结构、通信机制与VI架构、链路特性与服务质量等方面介绍了InfiniBand的具体情况,最后将Infiniband与其它一些高性能互连网络和标准进行了比较。

一种云环境中的动态细粒度资源调度方法

云计算平台中普遍采用固定资源量的粗粒度资源分配方式,由此会引起资源碎片、过度分配、低集群资源利用率等问题针对此问题,提出一种细粒度资源调度方法,该方法根据相似任务运行时信息推测任务资源需求;将任务划分为若干执行阶段,分阶段匹配资源,从分配时间和分配资源量两方面细化资源分配粒度;资源匹配过程中,基于资源可压缩特性进一步提高资源利用率和性能;采用资源监控、策略调整、约束检查等机制保证资源使用效率和负载性能在开源云资源管理平台中,基于细粒度资源调度方法实现了调度器实验结果表明:细粒度资源调度方法可以在不丧失公平性且调度响应时间可接受的前提下,细化资源匹配的粒度,有效提高云计算平台资源利用率和性能.

面向虚拟数据空间的智能TCP拥塞控制算法

为优化虚拟数据空间网络传输性能,提出了基于近端策略优化的智能TCP拥塞控制算法TCP-PPO2。将TCP拥塞控制过程抽象为一个可部分观察的马尔可夫决策过程,在该过程中构建一个智能体,与网络环境进行互动。智能体通过观察网络状态特征对拥塞窗口长度进行调节,网络环境向智能体反馈奖励值,智能体尝试最大化回合内获得奖励期望值。设计了包括吞吐率、网络时延等网络特征的状态空间,使智能体能够观察到足够多的信息进行决策并且降低性能开销。通过加权算法设计奖励函数,使智能体能够平衡优化吞吐率与时延。通过近端策略优化算法更新智能体模型参数,对过大的参数更新进行截断,将参数更新限制在一定范围内,减少梯度下降过程中出现的振荡,实现训练过程的快速收敛。在NS3模拟器上实现了基于近端策略优化的TCP拥塞控制算法,并与Cubic、HighSpeed和NewReno等主流拥塞控制算法进行了对比,结果表明:TCP-PPO2吞吐率性能可达对比算法的2~3倍以上;80%的采样点时延相比链路最小时延值只增加了4%。

异构众核系统及其编程模型与性能优化技术研究综述

异构众核系统已成为当前高性能计算领域重要的发展趋势.针对异构众核系统,从架构、编程、所支持的应用三方面分析对比当前不同异构系统的特点,揭示了异构系统的发展趋势及异构系统相对于传统多核并行系统的优势;然后从编程模型和性能优化方面分析了异构系统存在的问题和面临的挑战,以及国内外研究现状,结合当前研究存在的问题和难点,探讨了该领域进一步深入的研究方向;同时对两种典型的异构众核系统CPU+GPU和CPU+MIC进行不同应用类型的Benchmark测试,验证了两种异构系统不同的应用特点,为用户选择具体异构系统提供参考,在此基础上提出将两种众核处理器(GPU和MIC)结合在一个计算节点内构成新型混合异构系统;该新型混合异构系统可以利用两种众核处理器不同的处理优势,协同处理具有不同应用特点的复杂应用,同时分析了在该混合异构系统下必须要研究和解决的关键问题;最后对异构众核系统面临的挑战和进一步的研究方向进行了总结和展望.