面向NVM的IoT时序数据多态协作压缩策略

压缩策略是影响IoT时序数据存储系统性能的重要因素,而现有压缩策略缺乏针对NVM与IoT时序数据特性的优化机制。因此,提出了面向NVM的IoT时序数据多态协作压缩策略。首先,给出了IoT时序数据的组织结构。然后,针对IoT时序数据在一段时间内较稳定以及在用户态与内核态读写NVM适合的粒度差异较大的情况,设计了分层压缩策略。在用户态接收数据时,采用轻量级的数据压缩算法减少需存储的数据量,也减小了对IoT时序数据的存储效率的影响;针对IoT系统以查询和分析异常时序数据为主的特性,设计了深度压缩算法,在内核态对历史IoT时序数据进行深度压缩。其次,针对深度压缩历史IoT时序数据与存储新接收的IoT时序数据之间对NVM带宽的竞争,提出了写带宽保证的动态调整算法。最后,构建了面向NVM的IoT时序数据多态协作压缩策略原型PCCTSMS,并使用YCSB-TS工具进行测试与分析。实验结果表明,与InfluxDB、OpenTSDB、KairosDB和TVStore相比,PCCTSMS最高能提升161.3%的写吞吐率以及减少14.6%的存储空间。

文件系统可靠管理方法研究

针对系统突发掉电情况下文件系统的可靠性问题,研究一种文件系统可靠管理方法,采用元数据事务管理技术,在数据更新时采用写时拷贝技术实现异地更新,采用PING PONG日志管理技术,对文件系统的空间和节点分配情况采用两级日志进行维护,系统维护两份事务点日志记录;通过逻辑卷管理关键数据的冗余存储,防止掉电时超级块数据被破坏引起系统无法正常启动。测试表明方法能够解决突发掉电情况下文件系统状态的一致性问题,实现文件系统的可靠管理。

基于FCM-LSTM的软件运行资源变化规律方法研究

软件在运行过程中会消耗资源,此过程存在两个问题,一是难以确定资源消耗发生变化的拐点,二是同一软件同一模块运行不同任务时,所产生的数据样本数量级差异过大。基于此,提出一种结合FCM和LSTM的算法研究软件运行资源变化规律的方法,利用FCM算法实现不同数量级样本间的群聚,接着把处理后的样本放入LSTM模型进行训练,进而得到资源消耗变化曲线。实验表明,通过资源消耗变化曲线能够确定拐点的类型和其出现的位置区间,进而找到软件运行资源变化规律。另外,通过对比分析,FCM-LSTM模型在解决此问题上的准确率高于其他同类型的传统算法。

基于Android平台的智慧警务社区网格化管理系统

针对传统的社区警务网格化管理居民参与度低、社区事件处理滞后的问题,设计一款基于Android的智慧警务社区网格化管理系统。以社区管理主体多元化和创新社区监管为目的,采用应用层、展示层、控制层、数据管理层的4层网络结构,将系统分为社区居民端和社区管理人员端;根据社区日常管理需求,在AndroidStudio设计环境下进行系统功能设计和开发,社区居民端提供诉求上报、诉求追踪与评价、便民服务等功能应用,社区管理人员端实现消息服务、诉求事件管理、工作日志管理等功能。结果表明:该系统可实现社区治安管理重心下移,提高居民的社区管理参与度,警务管理人员利用移动管理端可高效处理社区管理突发事件。

基于UEFI固件单机多操作系统独立引导实现方法

图书馆的公共计算机每天要提供给多个读者使用,不同的读者因教育背景各异,对计算机操作系统的需求也各不相同。在同一台计算机上安装各自独立互不干扰的操作系统可满足读者差异化的需求,在一定程度上能提高计算机的利用率。UEFI固件引导模式与传统的BIOS固件相比,具有系统启动过程耗时更短,兼容性更好,支持超大容量存储设备等优点,现在的计算机系统基本均支持UEFI。本文实现了基于UEFI单机Windows和Linux系列多种操作系统实体机的安装和启动方法。

车控操作系统实时性/安全性保障技术

电子控制技术为智能网联汽车的高速发展持续赋能,车控操作系统是保障汽车电子控制软件安全、高效、实时运行的基石。随着智能网联汽车向集中式、端云融合式电子电气架构发展,车载硬件演化为多核异构处理器、弹性计算平台,车控软件向面向服务的软件架构转变,车控操作系统的架构、关键技术等也随之发展。综述了智能网联汽车用车控操作系统的发展历程与现状,对任务调度、实时性/安全性保障、形式化表征与验等基础理论和关键技术进行深入分析,阐述现有车控操作系统的技术挑战与发展趋势,为智能网联汽车的车控操作系统发展提供参考。

一种面向嵌入式NVMe存储设备的对齐优化设计

嵌入式领域的软件存储栈较为精简,嵌入式文件系统等上层软件在使用NVMe驱动时没有专门的块设备管理层处理缓冲区不对齐,导致发生操作失败、数据内容不一致等问题。文章提出了一种对齐优化设计,当用户读、写缓冲区不满足对齐要求时,动态维护对齐链式缓冲池,以完成针对NVMe控制器的数据中转,同时按照通道数目建立了多链表对齐缓冲池,并使用计数信号量保证NVMe驱动的并发性能。通过这种优化设计能够以较小的性能损耗,解决嵌入式NVMe驱动因对齐导致的不可用问题。

GPU任务调度研究综述

本文针对运行在GPU上的任务的管理和调度研究进行了综述,并且把讨论重点放在针对单GPU上的相关研究工作.随着人工智能技术的发展以及相关应用的普及,使得GPU成为加速计算的关键工具.本文首先介绍了GPU的架构和编程模型,然后按照调度粒度,从stream级到warp级介绍了多种调度方法的相关研究工作.每个级别的调度方法都旨在提高GPU的性能、资源利用率、可靠性或降低能耗.此外,本文还指出了GPU任务调度面临的挑战以及未来的研究方向,如保障GPU执行时间确定性的软硬件机制研究、结合机器学习的GPU任务调度研究、GPU新架构探索研究以及追求GPU性能和能耗平衡的调度技术研究.本文旨在为研究者们提供一个全面的视角,帮助他们了解GPU任务调度的研究动态和未来的发展方向.

虚拟步行的机场航站楼布局感知评价方法研究

分析了国内外航站楼建筑内部合理性布局设计的研究现状,从机场航站楼BIM建模、场景真实感处理、虚拟漫游系统架构与功能设计、搭建航站楼虚拟现实感知软硬件平台等方面,以乘客视角开展“以人为本”的出行感知评价方法的研究,旨在提升旅客在航站楼的使用体验度与满意度。

微内核操作系统互斥量模块功能正确性的形式化验证

操作系统在许多安全攸关领域为软件系统提供关键性底层支撑,操作系统中一个微小的错误或漏洞都可能引起整个软件系统的重大故障,造成巨大经济损失或危及人身安全.为了减少此类安全事故的发生,对操作系统正确性进行验证十分必要.传统测试手段无法穷尽系统中的所有潜在错误,因而操作系统验证有必要使用具有严格数学理论基础的形式化方法.在操作系统中,互斥量可协调多任务对资源的访问,是一种常用的任务同步方式,其功能正确性对于保障多任务应用的正确性十分关键.基于定理证明方法,在交互式定理证明器Coq中对某抢占式微内核操作系统的互斥量模块进行代码级形式化建模,给出其接口函数的形式化规范,并实现这些接口函数的功能正确性验证.

HiLog:OpenHarmony的高性能日志系统

日志是计算机系统中记录事件状态信息的的重要载体,日志系统负责计算机系统的日志生成、收集和输出.OpenHarmony是新兴的、面向全设备、全场景的开源操作系统.在所述工作之前,包括日志系统在内OpenHarmony有许多关键子系统尚未构建,而OpenHarmony的开源特性使第三方开发者可以为其贡献核心代码.为了解决Open Harmony日志系统缺乏的问题,主要开展如下工作:(1)分析当今主流日志系统的技术架构和优缺点;(2)基于OpenHarmony操作系统的异构设备互联特性设计HiLog日志系统模型规范;(3)设计并实现第1个面向OpenHarmony的日志系统HiLog,并贡献到OpenHarmony主线;(4)对HiLog日志系统的关键指标进行测试和对比试验.实验数据表明,在基础性能方面,HiLog和Log的日志写入阶段吞吐量分别为1500 KB/s和700 KB/s,相比Android日志系统吞吐量提升114%;在日志持久化方面,HiLog可以3.5%的压缩率进行持久化,并且丢包率小于6‰,远低于Log.此外,HiLog还具备数据安全、流量控制等新型实用能力.

高职《Linux操作系统应用》课程思政的设计与实践——以工匠精神为例

在高职院校专业课程教学中要重视课程思政,贯彻“各门课程都具有育人功能”的精神。本文通过在高职《Linux操作系统应用》课程教学中融入工匠精神,给出了高职专业课程课程思政的设计全过程,包括课前自我思政、课中沉浸思政、课后思政再强化三个环节,使学生逐步感受、认识,从而达到课程思政育人目标。

面向设备与人力资源协作任务的优化调度方法

面向人机物融合的泛在计算正成为软件发展的新需求和新趋势,基于这种新形态计算模式的人机物融合应用将软件技术进一步拓展至对线下资源,包括物理设备和人力资源的有效利用.作为典型的人机物融合场景,物理世界中设备资源与人力资源间的协作具有资源可选性、任务高频性、工人动态性的特点,传统的资源调度技术无法有效应对该类型任务(简称为DHRC任务)中的调度需求.为此,提出一种面向设备与人力资源协作任务的优化调度方法,所提方法分为设备资源调度和人力资源调度两个阶段.在设备资源调度阶段,提出基于NSGA-II的设备资源调度算法,在综合考虑任务距离、设备负载和设备位置周边工人人数等因素情况下实现任务对资源的优化选择.在人力资源调度阶段,提出基于DPSO的人力资源调度算法,根据工人位置和协作依赖等因素实现对工人的优化选择以及相应的路径规划.在模拟环境内的实验结果表明,所提方法第1阶段的算法在效率上与对比算法相当,在效用性上优于对比算法(离散粒子群优化算法).第2阶段的算法在效率上与效用性上均优于对比算法(使用锦标赛机制改进的遗传算法).

嵌入式自动测试系统实时调度研究

在嵌入式自动测试平台的开发中,为保证测试过程中系统实时调度的稳定性与及时性,文章提出了一种基于最优优先级分配(OPA)算法的调度改进算法。首先通过任务建模和任务分解,将任务转化为线程形式,并应用基于OPA算法的调度改进算法根据任务截止期等对任务队列迭代任务排序,得到最佳调度排序以实现高效的调度状态。改进算法对比实验结果验证了该算法相较于原算法具有更好的性能,包括提高系统的利用情况及任务平均计算时间,满足系统测试过程的实时性需求。

基于分层软总线的新型通用操作系统结构模型

传统的操作系统设计所面临的主要挑战是需要管理的资源数量,多样性,分布范围不断增加以及系统状态频繁变化.然而,现有操作系统结构已经成为应对上述挑战的最大障碍,原因如下:(1)紧耦合和中心化的结构不仅损害了系统的灵活性和扩展性,还导致了操作系统生态分离;(2)系统中单一的隔离机制,如内核态-用户态隔离,造成了各种能力之间的矛盾,如安全性和性能等.为此,结合简捷的分层软总线设计思想和多样化隔离机制来组织操作系统组件,提出一种新型操作系统模型——Yggdrasil.Yggdrasil将操作系统功能分解为以软总线相连接的组件节点,其通信被标准化为经软总线的消息传递.为支持特权态等隔离状态的划分和不同的软件层次,Yggdrasil还引入桥节点实现多层软总线的级联和受控通信,通过自相似的拓扑特性使操作系统的逻辑表述能力和扩展性都得到了极大的强化.此外,软总线的简单性和层次性也有助于实现去中心化.构建操作系统的分层软总线模型实例HiBuOS,通过3方面的具体设计验证并展示基于Yggdrasil思想来开发新型操作系统的可行性:(1)根据目标操作系统的规模和要求设计规划多层总线结构;(2)选择具体的隔离和通信机制实例化桥节点和软总线;(3)实现基于分层软总线风格的操作系统服务.对HiBuOS的评估表明,它没有引入明显的性能损耗,而且还在提高系统可扩展性,安全性和生态发展方面具有显著的优势和潜力.

并行机器中基于干扰时间的间歇实时任务分区DM调度

间歇实时任务的分区DM(deadline-monotonic)调度是一个经典的研究问题,针对约束截止期间歇任务,提出一种具有更高处理器利用率的多核分区调度算法PDM-FFD(partitioned deadline-monotonic first-fit decrease).在PDM-FFD中,首先将任务按照其相对截止期以非递减顺序进行排序,然后采用first-fit策略选择处理器核分配任务,且在各处理器核上采用DM调度策略进行任务调度.最后通过对任务干扰时间的分析,得出一种更为紧凑的可调度性判定方法,并通过该可调度性方法来判定任务的可调度性.证明PDM-FFD的加速因子为3-(3Δ+1)/(m+Δ),时间复杂度为O(n^(2))+O(nm),其中Δ=_(Στj∈τ)C_(j)×u_(j)/D_(max),τ_(j)为任务集τ中的任务,C_(j)为该任务最差执行时间,u_(j)为该任务利用率,D_(max)为τ中的最大相对截止期,n为τ的任务数,m为处理器核数.该加速因子严格小于3-1/m,优于已有多核分区调度算法FBB-FFD.实验表明,PDM-FFD算法在4核处理器上的处理器利用率比其他算法提高了18.5%,且PDM-FFD的性能优势随着处理器核数、任务集利用率和任务数的增加而进一步扩大.由于PDM-FFD算法具有高性能特性,因此该算法可以广泛应用于资源受限的航天器、自动驾驶汽车、工业机器人等典型实时系统中.

实时系统多路径任务概率时序分析研究综述

随着现代嵌入式实时系统在硬件与软件结构上的日益复杂化,传统WCET分析方法已难以满足需求,这推动了使用概率和统计技术对实时系统中多路径任务进行时序分析.本文深入探讨了这一领域的研究成果,首先回顾了传统时序分析方法,总结了传统方法的实现步骤和局限性,随后引入了概率时序分析和统计学的基本概念.接着详细讨论了静态概率时序分析、基于测量的概率时序分析和混合概率时序分析3种技术路线,并重点分析了这些技术在多路径任务时序分析中的应用与发展现状.最后,总结了当前多路径任务概率时序分析技术存在的主要挑战,并对未来的研究方向提出了建议.

机器人操作系统ROS安全性研究综述

机器人日益走进人们的日常生活,也受到了国内外越来越多的关注.机器人系统的一个重要特性是安全性,增强机器人系统的安全性可以保护机器人免受恶意攻击者的入侵.机器人操作系统的安全性是机器人系统安全性的重要组成部分.虽然近年来研究人员针对机器人操作系统的安全性做了许多研究工作,但遗憾的是,安全性目前还没有得到足够的重视.为了引起人们对机器人系统安全性更多的关注,同时帮助人们快速了解当前主流机器人操作系统ROS(robot operating system)的安全性解决方案,对ROS的安全性进行系统的调研和总结.一方面,深入分析ROS的安全特性,总结ROS中已知的安全问题.另一方面,对近年来ROS安全性相关的研究进行分类分析和概括总结,并从机密性、完整性和可用性这3个方面,对众多ROS的安全性解决方案进行比较.最后,对ROS安全性研究的前景进行展望.

一种空间多核操作系统容错调度算法

目前计算机系统逐步采用多核处理器来提升性能,空间操作系统如何管理多核资源是发挥处理器性能的关键。在航天等安全关键领域中,采用固定点任务与定期任务混合调度,在保证可靠性的前提下提高效率。现有针对混合任务模型的多核调度算法仅考虑任务分配问题,没有考虑到系统中某一核心出现故障时如何进行容错。FT-RTA算法是一种空间多核操作系统容错调度算法,当一个核心上出现瞬时故障,将故障核心上在故障时间段内的所有任务迁移至正常核心上执行,使计算机系统不会感知到此次核心故障,成功屏蔽故障。经过实际应用中的典型参数验证,算法可以成功屏蔽核心故障,进行系统无感知的容错。

面向多应用混部的性能保障方法综述

数据中心的高投入和低资源利用率一直是云服务提供商关注的问题.面对这个难题,直接的解决方案是在同等资源上混合部署更多的应用以提高资源使用效率.然而,由于混部应用对共享资源的竞争导致了应用间的性能干扰,从而影响了应用的性能、服务质量(quality of service,QoS)和用户满意度,因此如何保障应用的性能已成为混部场景下的关键问题.着重从应用和集群特征分析(基础)、干扰检测(前提)、单节点资源分配(微观层面策略)和集群作业调度(宏观层面策略)4个方面阐述多应用混部性能保障的相关背景、挑战和关键技术.在不同的混部场景下,由于应用和集群特征等不同,性能保障工作所面临的挑战和问题复杂度也各异,例如单位资源上混合部署的应用数量会直接影响到搜索资源空间的时间开销,应用的运行方式会影响到共享资源的竞争强度.因此,从问题复杂度角度出发,从应用和集群特征、资源干扰维度和混部应用个数3个维度对相关研究工作面临的挑战进行讨论和分析.探讨了面向高密度混部场景应用性能保障方法的发展方向和挑战,认为全栈式的软硬件协同方法是保障高密度混部下应用性能的趋势,该方法有助于全面地提升应用性能的可靠性和数据中心的资源利用率.