复杂系统计算机仿真的研究与设计

复杂系统与复杂性是 2 1世纪的核心科学问题之一 ,并引入国家重点基础研究发展规划。基于复杂系统的复杂性和不确定性 ,很难想像可以采用传统朴素的还原论法进行可行性研究。推崇多智能主体的模糊计算机仿真来研究复杂系统的复杂性 ,并设计了一个基于多智能体的复杂系统分布仿真平台。

并行与分布硬实时系统的调度

一、前言实时系统是工作在时间约束下的系统,与一般计算机系统的主要区别是引入了时间概念,这大大地影响了系统的设计、验证和实现。实时系统不但要保证计算结果的逻辑正确性,而且要在规定的时间内完成计算。如果某个实时任务没有按时完成,则可能导致整个系统失败,甚至引起灾难性后果。这类实时系统被称为硬实时(hard real-time)系统。例如,核电厂或导弹控制系统等。

三对角线性方程组的一种有效分布式并行算法

提出了分布式存储环境下求解三对角线性方程组的一种并行算法 ,该算法基于“分而治之”的策略 ,高效地形成并求解其缩减方程组 ,避免不必要的冗余计算 .通过对计算量的仔细估计 ,较好地平衡了各处理机的负载 ;同时 ,充分利用了计算与通信重叠技术 ,减少处理机空闲时间 .分析了算法的复杂性 ,给出了在分布存储多计算机系统上的数值试验结果 .数值结果表明 ,算法的效率较迟利华和李晓梅的 DPP算法有较大的提高 .

高性能计算中的并行I/O技术

1 引言 高性能计算能力已经日益成为一个国家经济、科技与国防实力的重要组成部分.由于科学工程计算和大规模商业事务处理需求的牵引,高性能计算中对I/O处理能力的要求简直是无止境的.大规模多媒体应用要求大容量快速存储系统支持,多用户事务处理环境要求快速I/O支持实时访同,而一些重大挑战性科学计算课题更是追求计算机系统具有3T性能(即要求能提供1 Teraflops计算能力、1 Terabyte主存容量和1 Terabyte/s I/O带宽).

并行复算:一种面向高性能计算的新的容错方法

Checkpointing是高性能计算领域最常用的容错技术。但是,当处理器数目变大时,这种技术的性能迅速恶化。提出一种在并行计算中容忍单进程故障的新方法:并行复算。这种方法的主要特征是利用冗余处理器的计算能力而不是冗余磁盘的存储能力实现低开销的容错。还提出这种方法的一个优化方法,将并行复算与checkpoint技术相结合,以进一步减小容错开销,并通过举例说明如何开发一个基于并行复算以及其优化方法的并行程序。最后通过实验对该方法进行评估。结果显示,当处理器数目变大时,并行复算的开销低于checkpointing,其优化方法能提供优于并行复算的性能。

一类Toeplitz循环三对角方程组的一种分布式并行算法

提出一类 Toeplitz循环三对角方程组的一种分布式并行算法 .在求解由一阶线性双曲型方程 (如迁移方程 )在一定边界条件下导出的隐式差分方程组时 ,要重复地求解此类 Toeplitz循环三对角方程组 .算法基于对系数矩阵的分解 ,贯彻并行算法设计中“分而治之”的原则 ,充分利用了系数矩阵结构的特殊性 .算法实现中通过秦九韶公式的运用 ,避免了不必要的冗余计算 ;理论分析和数值试验表明 ,算法是数值稳定的 ,且当方程组规模充分大时 ,该算法加速比趋近线性加速比的理想情况 .

循环块三对角线性方程组的一种分布式并行算法

提出一种分布存储环境下求解循环块三对角方程组的并行算法 ,该算法以矩阵子块运算为基础 ,算法实现调用BLAS3子程序 ;文中分析了算法的复杂性 ,给出了一个保证算法不会在执行过程中中断的充分条件 .

分布强实时系统的可预测性研究

分布强实时系统在国防、航空、航天等领域具有重要作用．可预测性是它的一个主要特点．针对一种分布强实时系统原型，分析和评测了影响强实时系统可预测性的诸延迟因素．给出了一种实时操作系统各种开销的测试方法和结果，建立了分布环境下强实时任务响应时间和FDDI网络延迟上限的计算模型，并进行了实例分析．实验结果说明所做工作的正确性，对于分布强实时系统的设计与时间正确性验证具有重要意义．

基于流媒体技术的广义微格教学实验系统的设计

传统微格教学实验室已远不能满足师范院校学生教学技能训练的需要,为了解决这一问题,本文提出基于流媒体技术的"广义微格教学实验系统"的建构思想,并对其进行了可行性分析,同时结合学校的实际情况给出具体的设计框图,并就系统的组成、控制、功能、关键技术以及优点进行了阐述。

基于序列划分策略的Hmmsearch程序两级并行实现

Hmm search程序是生物序列分析软件包HMMER中最主要程序之一,采用集中式动态负载平衡方案。为了提高其可扩展性,提出一种基于序列划分策略的两级并行算法,采用分布式动态负载平衡方案。通过增加中间层形成“M aster-subM aster-Slave”结构,来改善原“M aster-Slave”结构的不足。实验数据表明改进算法比原算法具有更好的可扩展并行性能。

容错并行算法的性能分析

容错并行算法是一种应用级容错方法,它通过并行复算的方法实现快速的故障恢复。容错并行算法是在并行算法设计的基础上增加了容错设计部分,因此其性能评估必须考虑故障对程序性能的影响。研究了评估故障情况下容错并行算法性能的各种度量,建立了性能模型预测容错并行算法的期望执行时间,以此为基础评估了程序段的运行时间、数据保存开销、故障率以及并行复算加速比等系统参数对容错并行算法性能的影响。

基于Agent的复杂系统分布仿真中的容错研究

分布仿真已经成为研究复杂系统的有效方法之一。为了提高仿真效率 ,保证在结点或网络出现故障的情况下 ,不会导致整个仿真应用重新开始 ,需要在仿真框架中加入容错措施。在该文中以一般分布式系统中的容错技术为指导 ,结合分布仿真算法 ,对基于Agent分布仿真系统中容错机制进行了研究。

基于Trace的并行性能模拟任务映射方法

针对Trace驱动的并行性能模拟问题,提出基于Trace信息指导的映射方法CO-LP3M。CO-LP3M利用从Trace中提取的目标应用程序的通信特征,以宿主机物理进程间通信次数最小化为目标,兼顾计算负载均衡,生成并行模拟任务到宿主机的映射。对HPL程序进行实验,结果表明CO-LP3M可有效提高并行模拟性能,相对于常见的映射方式,模拟性能最多提高14.7%。在此基础上给出CO-LP3M的扩展技术SCO-LP3M。

基于合格标记的数据操作并行执行算法的研究

本文针对面向对象数据库及其查询的特点 ,提出了一种基于合格标记的数据操作并行执行算法 ,理论分析和模拟结果都验证了它的实用性和有效性 .

不确定数据流上的并行Skyline查询算法

不确定数据流上的Skyline查询技术逐步引起研究者的关注,传统的集中式流处理算法难以满足海量数据的查询需求,并且云计算所提供的海量计算资源和有效的存储管理模式,为研究并行Skyline查询技术提供了充足的条件。基于上述事实,提出了一种不确定数据流上的并行Skyline查询算法(parallel Skyline over uncertain data streams,PSUDS)。该算法通过交叉划分滑动窗口的方式,将集中式流查询转化为并行处理,以并行执行的方式来解决集中式算法处理性能不足的问题。大量实验结果表明,该算法具有较好的并行可扩展性。

一个生物计算网格的设计与实现

提出一种基于OGSA的生物计算网格体系结构,分析研究了生物应用标准化、资源描述、作业描述和作业调度等,对序列拼接应用Phrap在该网格环境下的运行情况进行了讨论。

分布式环境下数据共享中的多表查询转换算法

不同数据源之间的数据表示方法不同且结构上存在冲突,导致分布式环境下的异构数据源查询成为一个难点。提出一种分布式环境下的多表查询转换算法,该算法在查询转换过程中对源查询进行分解、在目标数据源上进行目标查询的转换和重构,解决数据共享中的多表查询转换问题。实验结果证明了该算法的有效性。

并行视频服务器体系结构研究

分析了目前流行的并行视频服务器体系结构:分布式结构、集群式结构、并行通用计算机结构和 并行专用视频服务器结构。综合其优点,针对视频应用的特点,提出了可扩展并行视频服务器体系结构, 并研制了基于该结构的并行服务系统。

云服务传递网络资源动态分配模型

云服务传递网络(Cloud Services Delivery Networks,CSDN)在Internet之上构建了一层分布式服务器网络,以就近和按需的方式向用户提供云传递服务.面对互联网规模化和多样化云服务的资源需求特点,CSDN形成了针对不同类型云服务传递的逻辑子服务器网络.CSDN的很大一部分服务器和带宽资源用于流媒体和下载类云服务的传递,该类型云服务传递资源的动态分配问题是该文的研究重点.根据该类型业务内存资源和带宽资源同为瓶颈资源以及该类型热点内容可采用P2P机制的两个特点,文中首先将该问题建模为多维设备选址模型.然后在对该建模分析及其NP完全性证明后,提出了一种启发式模型求解算法.最后以服务传递开销节省作为性能评价指标,以实际系统的运行数据为输入,全面评估了该模型求解算法的有效性.

无线传感器网络中基于几何覆盖的Jamming攻击定位算法

提出一种基于几何覆盖理论的Jamming攻击定位(GCL,geometry-covering based localization)算法。GCL算法利用计算几何中的凸壳理论,特别是最小包容圆方法,对Jamming攻击者进行定位。理论证明了该算法的正确性和较低的时间复杂度(O(nlogn));模拟实验表明,该算法在攻击者攻击范围、网络节点密度以及攻击者位置等度量值变化的情况下,比已有算法具有更好的定位准确度。