计算机体系结构软件模拟技术

在现代处理器或计算机系统设计中,体系结构软件模拟技术已成为一个不可缺少的环节.与不使用模拟技术的计算机系统或处理器设计方法相比,软件模拟技术可以极大地降低设计成本和缩短设计周期.然而,由于开发计算机体系结构软件模拟器通常十分困难,模拟器运行标准性能测试程序的时间很长以及模拟结果精度差等3个主要问题,限制了体系结构软件模拟技术在计算机系统设计中的有效性.许多研究人员已经提出了各种各样的方法和技术来解决这些问题,但是,到目前为止,这些问题还并未得到根本性解决.同时,未来体系结构模拟技术的新挑战已经开始显现.研究了体系结构软件模拟技术的由来和历史,对现有的技术和方法进行了分类和比较,对未来的挑战也进行了分析,指出了该领域今后的发展方向,以帮助计算机体系结构设计师或研究人员选择、开发体系结构模拟器或对该技术进行研究.基于这些调查分析,正在使用较为先进的技术开发一个适合于安腾系列架构的体系结构模拟器SimIPF.

多核处理器体系结构软件仿真技术：研究综述

由于单核处理器的处理能力已经接近极限,很难再有提高,人们将目光投向了多核处理器体系结构。在处理器体系结构的设计中,体系结构软件仿真技术是最重要的一个方面。本文首先介绍处理器体系结构仿真技术的概念、分类、目的和意义,然后讨论多核处理器体系结构仿真技术的现状和面临的问题;分析了多核处理器软件仿真技术的复杂性;比较和分析了当前主流技术的优缺点。由于多核处理器体系结构的研究处于初期阶段,因此多核处理器体系结构仿真领域面临着诸多挑战和机遇。本文最后指出了多核处理器体系结构软件仿真技术今后的研究方向。

Windows NT下快速成形机的控制系统研究

探讨了WindowsNT的内核及Win3 2子系统的有关任务和作业管理的机制 ,提出一种在Windows环境下 ,既能实现实时控制任务 ,又能实现辅助控制任务的快速成形系统的控制方案。

LSE:一种处理器体系结构软件仿真器开发工具

在现代处理器体系结构设计中,利用软件仿真技术对设计结果进行验证是最重要的方面之一。然而,处理器体系结构仿真器的开发是一个非常困难的过程。主要的困难表现在三个方面:第一,目前用于处理器体系结构仿真器开发的编程语言如C或C++语言都是串行执行的语言,而处理器的各部件是可以并行运行的,使用串行编程语言编程来模拟并行执行的部件需要长时间的、仔细的程序功能与部件功能的匹配工作,并且容易出错;第二,使用串行程序来模拟并行部件的运行,模拟速度很低,并且仿真速度低是处理器体系结构软件仿真器开发领域的瓶颈问题;最后,仿真器仿真结果的可信度低也是一个关键问题。本文首先介绍了一种新的处理器体系结构软件仿真器开发工具,然后深入分析了该开发工具的优点和缺点,最后对该仿真器开发环境提出了改进方案。

基于PC总线的新一代LOM机CNC系统

详细介绍了基于PC总线的新一代LOM机CNC系统。该系统结合世界先进的快速成形技术的特点,顺应Windows环境下开发控制系统的潮流,根据开放性体系结构设计思想而完成。系统的开发成功,使LOM系统日趋完善。

序言:大数据及其应用方兴未艾

近年来,随着物联网、云计算、移动互联网、车联网等技术的成熟和迅速普及,人类社会正在以更快的速度产生不同类别如图像、视音频、健康档案等海量数据。据国际数据公司IDC预计,到2025年全球数据量将达到175 ZB(约1 750亿TB),这意味着在人类文明的所有数据中,超过99%是近几年产生的。毫无疑问,历经机械时代、信息时代后,人类正步入一个崭新且充满挑战的新时期——大数据智能时代。大数据是新时代的宝贵资源,但并非数据量大即可称为大数据,一般来说,大数据具有4V特征,即Volume(量大)、Velocity(高速)、Variety(多样)和Veracity(真实)。利用这些信息资产,通过新型的处理技术挖掘隐藏的丰富信息,从而促成更强的决策能力、洞察力与最优化处理,是大数据技术的本质与出发点。具体而言,大数据技术包含数据获取与预处理、数据存储、计算分析挖掘及实际应用等多个方面。

Web服务事务处理的模型化方法研究

Web服务技术的出现为解决跨组织的过程集成问题提供了一种模式。在集成和交互的过程中,Web服务需要事务的支持来保持数据的一致性。传统协议规范已经能够支持Web服务下的事务处理,但仍然存在着问题,比如不同事务处理规范之间兼容性处理、消息格式不匹配、补偿机制、超时和事务范围确立等问题还有待解决。本文介绍了一种Web服务系统的层次设计,并给出了一种Web服务事务处理的模型化方法。这种方法在设计初期就对事务的补偿机制、超时和事务范围这些问题进行考虑和解决,使事务处理过程更加清晰和直接。

基于Web服务的软件复用研究

软件复用技术是提高软件开发效率的重要方法,介绍了软件复用技术和Web Service的开放体系结构,提出了基于Web服务的软件复用方法,并针对如何确定Web服务的功能模块粒度提出了相应的解决方案。通过实际应用,证明了该解决方案能够有效地提高项目开发效率。

引入错误级别的测试集压缩模型研究

开发者每一次对软件的修改都会导致测试集的增长。在进行回归测试时,如果重新运行所有的测试案例,成本将是极其昂贵的。于是,一些压缩测试集的算法被提出。这些算法能够找出一个与原测试集有相同覆盖度的压缩测试集,但这些压缩后的测试集在查错方面的性能不十分令人满意。引入错误级别的概念可以对测试案例的查错能力进行更为细致的划分。本文通过引入错误级别,改进了一个双标准测试集压缩模型,并提出了一个新的测试集压缩算法。改进后的双标准测试集压缩模型能提供关于测试案例查错能力的更具体的信息。新算法有一个重要的特点:在任何时候中断算法,仍然能得到一个满足覆盖度的压缩测试集。

基于继承的内聚度度量方法研究

本文首先介绍了面向对象软件的特征,然后具体分析了C&K度量法,着重分析了其中与类继承相关的继承树深度(DIT)和孩子数目(NOC)度量准则。在此基础上,通过分析超类与其子类中元素(方法和属性)的继承关系,提出了基于继承的内聚度度量方法,从而克服了C&K度量法中对类继承性、多态性方面度量的不足,为综合评价类的内聚度提供了指南。

一种改进的分布式并行事务处理策略研究

目前,XML技术在基于因特网的复杂分布式系统事务处理中的应用已成为国内外研究的热点,尤其是如何提高分布式系统的并行事务处理能力,同时使系统具有高度容错能力,是一个具有挑战性的课题。本文提出了一种对XML文档进行DOM树划分、将复杂长事务划分成可并行执行的子事务的并行事务处理策略,从而在不影响其容错性能的情况下进一步提高分布式系统的并行运算性能和处理复杂长事务的能力,同时做到负载均衡。

几个常见分布式文件系统特征分析和性能对比(英文)

近年来随着云计算市场规模不断增长,作为云计算平台基础设施的云存储系统也随之显得越来越重要。数以万计的互联网应用已经运行于云计算环境,同时大量不同的应用也即将从传统运行环境转移到云计算平台。不同的互联网应用的存储需求可能不一样。例如:应用中涉及的单个文件大小,文件数量,IO访问模式,读写比率等,都对底层存储系统提出了不同的要求。这说明在云计算环境中,单个文件系统可能无法满足全部应用的存储需求,本文尝试通过在单一云计算平台中部署多个不同分布式文件系统来优化存储系统的总体性能。为了优化混合式文件系统的性能,首先需要分析不同文件系统的性能特征。本文通过量化方法分析了云计算环境下几个常用的分布式文件系统,这些文件系统分别是ceph,moosefs,glusterfs和hdfs。实验结果显示:即使针对同一文件的相同读写操作,不同分布式文件系统之间的性能也差异显著,当单个文件的大小小于256MB时,moosefs的平均写性能比其它几个文件系统高22.3%;当单个文件大小大于256KB时,glusterfs的平均读性能比其它几个文件系统高21.0%。这些结果为设计和实现一个基于以上几个分布式文件系统的混合式文件系统提供了基础。

云环境下性能监测数据预处理方法研究

基于性能监测单元(performance monitoring unit,PMU)的分析技术对深入理解程序运行特征十分重要,也是性能优化的重要依据.在云计算环境下,由于机器数目庞大,PMU起着更为重要的作用.然而性能计数器却存在监测效率低,数据质量不高的问题.从两方面对这一问题进行了研究:缺失值的填充和异常值的替换.对缺失值,采用回归方法来进行补全;对异常值,采用局部滤波的方法进行过滤.提出了基于知识库的数据预处理方法(KBDP)将监测效率提升了2-5倍,综合分析了使用PMU对程序执行造成的可能影响,处理后的结果与参考值的相似度高于80%,最高达95%.

基于梯度提升回归树的处理器性能数据挖掘研究

现代处理器一般只内置了4~8个性能计数器,但可以监测多达上千个时钟周期级别的性能事件。这些事件可以轻易地产生大量数据,称为处理器性能大数据。然而,如何从这些性能大数据中提取有价值的信息面临着许多挑战。该文提出一种处理器性能数据分析方法,通过迭代使用梯度提升回归树算法构建性能模型,为云计算负载的性能事件进行重要性排序,从而指导云计算平台的性能调优。

大数据基准测试程序包构建方法研究

基准测试程序是评估计算机系统的关键测试工具。然而,大数据时代的到来使得开发大数据系统基准测试程序面临着更加严峻的挑战,当前学术界和产业界还不存在得到广泛认可的大数据基准测试程序包。文章利用实际的交通大数据系统构建了一个基于Hadoop平台的交通大数据基准测试程序包SIAT-Bench。通过选取多个层次属性量化了程序行为特征,采用聚类算法分析了不同程序-输入数据集对的相似性。根据聚类结果,为SIATBench选取了有代表性的程序和输入数据集。实验结果表明,SIAT-Bench在满足程序行为多样性的同时消除了基准测试集中的冗余。

基于堆叠式分布式文件系统的端到端校验

端到端校验是一种有效的数据完整性检测手段,可为分布式存储系统提供基本的可靠性保证。Glusterfs是一种常用的堆叠式分布式文件系统,但缺乏有效的数据完整性检测机制,存在用户数据遭受破坏而无法被发现的风险,即返回错误数据给用户。这种风险在某些情况还会扩散,造成多副本或灾备、双活情况下的数据丢失。针对这一问题,该文提出了一种高性价比的基于Glusterfs的端到端校验方案(命名为Glusterfs-E2E),可以有效解决Glusterfs文件系统中存在的数据完整性风险。该方案不但可以提供全路径的保护,具备2%~8%的高性能开销,而且还可以提供软件故障的定位功能。

PheonixLSM:高性能低空间开销的分布式键值存储本地引擎

分布式键值存储将数据复制到多个存储服务器的本地引擎中,并通过一致性协议保证各副本数据的一致性。其中,以日志结构合并树为核心数据结构的实现方式最为常见。然而,面向通用业务模式设计的日志结构合并树,并不适合一致性逻辑的特殊业务模式,会引发增删改性能的降低,并在全量修复过程中造成空间放大。针对上述问题,该文提出了一种新型本地引擎PheonixLSM,通过增加增删改操作和回刷操作的约束,消除了分布式键值存储增删改流程中的双写问题,提升了引擎性能。通过重构日志结构合并树底层的SST文件布局,支持删除实时回收空间,消除了全量修复时的额外空间放大。实验结果显示,与原生本地引擎相比,使用PheonixLSM的分布式键值存储系统,增删改性能提升90.7%,全量修复的空间放大从65.6%降至6.4%,并减少了72.3%的修复时间。

围炉对谈:性能优化的个性与共性

2022年12月12日,第八届高性能计算中间件技术研讨会(HPCMid22)成功召开。HPCMid(会议网址:http://www.caep-scns.ac.cn/HPCMid.php)每年举办一次,面向科学与工程计算数值模拟应用在当前及下一代超级计算机上面临的挑战,围绕高性能计算中间件关键技术,邀请相关学者报告最新研究进展并探讨未来发展趋势。第八届研讨会以“适配新型体系结构的性能优化技术”为主题,聚焦后摩尔时代新型体系结构为科学与工程计算带来的机遇与挑战,探讨新型体系结构下可移植性能优化技术的发展趋势。本届研讨会的专家座谈(Panel Session)环节由莫则尧研究员和徐小文研究员共同主持,邀请了王龙、刘杰、谭光明、刘伟峰、喻之斌5位来自高校、科研院所、企业的专家围绕“性能优化:个性vs共性”这一主题开展了深入的讨论与交流,翟季冬、杨海龙等多位专家也参与了讨论。专家们针对性能优化技术的研究现状与发展趋势、面临的问题与挑战以及人才培养等方面发表了许多有启发性的观点。《计算物理》编辑部特将本次讨论整理后发表,以飨读者。限于篇幅,略有删节。

云计算核心技术与应用研究

当前,云计算不仅是学术界的研究热点,而且也引起了工业界的极大兴趣,因此得到了全世界各国政府的广泛关注与重视。云计算的目标是要像使用水电一样使用计算资源,像使用银行一样使用存储资源。这样一种使用计算的方式将极大地提高计算资源的利用率,减少浪费。然而,要达到这样的目标绝非易事。

软件定义的云计算基础理论与方法的研究进展

当前云计算用户体验与资源利用率之间的矛盾已成为阻碍其快速发展的瓶颈。共享云系统仍然存在尾延迟、低效率、高干扰三大应用问题。亚马逊、谷歌等企业已对上层软件栈开展了大量优化,但仍无法有效解决问题。因此工业界呼吁通过底层硬件创新、软硬件协同方式来保障服务质量、提高资源利用率。学术界也已开始探索从底层硬件到上层应用的全系统栈协同设计方案。本项目提出面向第三代云计算发展方向的低熵云计算理论框架,通过研究标签化冯·诺依曼体系结构、容器化存储引擎、通信局部化高阶网络、时空共享资源管理、混合负载测试基准SDCBench等,实现在共享云环境下同时满足用户体验与资源利用率,较国际主流云平台降低尾延迟1个数量级,提升资源利用率1倍。