计算机学报杂志社
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《计算机学报》杂志在全国影响力巨大,创刊于1978年,公开发行的月刊杂志。创刊以来,办刊质量和水平不断提高,主要栏目设置有:研究论文与技术报告、短文、学术通信、学术活动、中国计算机学会学术动态等。
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国计算机学会;中国科学院计算技术研究所
  • 国际刊号:0254-4164
  • 国内刊号:11-1826/TP
  • 出版地方:北京
  • 邮发代号:2-833
  • 创刊时间:1978
  • 发行周期:月刊
  • 期刊开本:A4
  • 复合影响因子:3.18
  • 综合影响因子:2.580
相关期刊
服务介绍

计算机学报 2015年第05期杂志 文档列表

计算机学报杂志计算机系统结构

一种低开销的面向节点内互连的网络接口控制器

摘要:高性能计算和云计算的飞速发展对高性能互连网络的设计提出了越来越高的要求:除了要保证高带宽、低延迟和高可靠性等特性,还要面临成本和系统规模的挑战.该文针对这些特性和挑战提出了一种低开销的基于cHPP体系结构的超节点网络接口控制器:(1)设计了兼容PCIe的网络通信协议,降低协议转换开销、减少通信延迟并增强系统可扩展性能;(2)采用PCIe高速通信接口并支持用户级通信提高软硬件交互效率,面向MPI编程模型抽象出高效通信原语(如NAP、PUT和GET)加速大数据传输;(3)硬件支持I/O虚拟化实现超节点内对网络接口控制器的高效共享.为了对该文的设计进行功能和性能验证,文章基于FPGA实现了系统原型,实验结果显示最低延迟为1.242μs,有效数据带宽可达3.19GB/s.
909-922

基于差错传播概率矩阵的时序电路软错误可靠性评估

摘要:在深亚微米及纳米级集成电路设计过程中,电路的可靠性评估是非常重要的一个环节.该文提出了一种基于差错传播概率矩阵(Error Propagation Probability Matrix,EPPM)的时序电路软错误可靠性评估方法,即先将逻辑门和触发器在当前时钟周期对差错的传播概率用4种EPPM表示,再利用自定义的矩阵并积运算计算多周期情况下的差错传播概率,最后结合二项分布的特点计算时序电路的可靠度.用ISCAS’89基准电路为对象进行实验,结果表明所提方法是准确和有效的.
923-931

一种基于网络感知的虚拟机再调度算法

摘要:有效的虚拟机调度策略能够提高数据中心的资源利用率,降低运行时能耗.现有调度算法综合考虑了虚拟机在CPU、内存和网络方面的需求,通过合理部署虚拟机,以期最小化计算、存储与网络的代价.然而,在线的虚拟机部署策略较少考虑由于虚拟机退出所造成的资源利用率下降与网络延迟上升的问题.为此,文中深入研究面向网络感知的周期性资源重配置问题,提出了面向网络感知的虚拟机再调度算法,通过适当的虚拟机迁移,提高部署在虚拟机上任务的性能以及数据中心整体的网络通信效率.算法通过尽可能低代价的虚拟机迁移来提高虚拟机之间的网络通信能力,以提升虚拟机组的整体运行效率,并保持物理机占用但不显著提高.作者通过两个测试平台在真实环境中验证了算法的有效性;通过真实的数据集和模拟实验,在多种虚拟机部署算法下,对比了应用虚拟机再调度算法前后虚拟机的部署效果,验证了该算法能够以较小的代价使得高网络通信代价的任务数明显减少,虚拟机组的网络通信能力显著提高.
932-943

基于相变存储器的存储技术研究综述

摘要:以数据为中心的大数据技术给计算机存储系统带来了机遇和挑战.传统的基于动态随机存储器(DRAM)器件的内存面临工艺尺寸缩小至2Xnm及以下所带来的系统稳定性、数据可靠性等问题;相变存储器(PCM)具有非易失性、存储密度高、功耗低、抗辐射干扰等优点,且读写性能接近DRAM,是未来最有可能取代DRAM的非易失存储器,它为存储系统的研究和设计提供了新的解决方案.文中在归纳相变存储器器件发展和研究现状的基础上,对相变存储器在系统级的应用方式和面临的问题进行了比较和分析,研究了基于相变存储器的内存技术和外存技术,分析了当前在PCM的寿命、写性能、延迟、功耗等方面所提出的解决方案,指出了现有方案的优势和面临的缺陷,并探讨了未来的研究方向,为该领域在今后的发展提供了一定的参考.
944-960

Redbud并行文件系统的可扩展存储管理机制

摘要:数据规模和并发访问的需求日益增长,可扩展能力成为并行文件系统的重要需求之一.文中提出了一种基于非对称并行文件系统Redbud的高可扩展资源管理机制.该管理机制根据数据的访问特征,使用不同的树形结构管理不同类型的数据,满足了文件数据和元数据的并发检索需求;该管理机制还使用文件级的数据分布机制,允许用户利用各种策略进行目录和文件的管理,能满足文件级的数据访问性能、目录级数据可靠性等实际应用需求.多个基准测试程序和实际应用程序的测试结果表明,文件的独占访问能达到磁盘95%的性能;同时,随着设备和应用节点的增加,数据和元数据的并发访问性能线性增长.
961-972

确定性并行技术

摘要:由于执行个体之间的同步、竞争和干扰,并行程序的执行存在着不确定性问题,即程序在相同输入下多次执行可能得到不同的结果.不确定性给并行程序在开发、调试、测试、容错和安全等方面都带来了挑战,严重降低了并行程序的可靠性,阻碍了并行程序的发展.确定性并行技术通过控制并行程序执行个体间的同步、竞争和干扰,使程序的执行结果仅依赖于输入.确定性并行技术能够从根本上解决了目前并行程序存在的诸多问题,提升了并行程序的可靠性,给并行程序的发展带来了新的机遇.文中调查、分析和比较了目前主流的确定性并行技术和方法,分析了弱内存一致性对确定性并行系统的影响,并对未来确定性并行技术的发展趋势做出了展望.
973-986

一种云存储环境下的安全存储系统

摘要:如今,数据越来越多地被选择存放在云存储环境,而非个人电脑中.这使得用户失去了对数据的完全控制,从而难以保证数据的安全性.为了解决此问题,文中提出了一种新的安全云存储系统架构.基于这套架构,文中设计并实现了一个安全云存储系统——Corslet.Corslet可以直接架在已有的云存储系统之上而无需对其进行任何改变,同时提供端到端的数据私密性保护、完整性保护以及访问权限控制等功能.Corslet使用简单,用户只需在客户端存放他们的身份证书即可.对Corslet的测试结果显示,Corslet架在NFSv4集群之上I/O性能下降不到5%,证明Corslet在提高用户数据安全性的同时,其性能也是可以接受的.
987-998

具有依赖关系的周期任务实时调度方法

摘要:随着多核技术在嵌入式领域的快速发展,越来越多的功能被集成在同一个平台上,任务之间的关系越来越复杂.而当前大多数的实时周期任务的调度模型都是不考虑任务之间关系的相互独立的任务模型.文中则针对具有依赖关系的周期任务,提出了一种基于ST(Simple-Tree)的实时周期任务调度模型,通过该模型来维护任务之间的依赖关系.此外,为了有效地提高系统利用率以及降低死限丢失率,文中还提出了可延迟时间越短越优先的调度方法并和RM算法、EDF算法进行仿真实验比较,结果表明该方法具有较高的核利用率和较低的死限丢失率.
999-1006

一种面向内核接口的顺序依赖规则挖掘与违例检测方法

摘要:内核扩展函数以接口的形式提供给驱动,用于管理设备和申请相关的资源.这些接口中存在大量的顺序依赖规则,如自旋锁必须经过初始化才能加锁,然后才能解锁;驱动在加载时申请的内存,卸载时必须予以释放等.然而,驱动开发者常常不熟悉或疏忽内核接口的使用规则,导致驱动中存在大量的接口使用违例,影响驱动及系统的可靠运行.文中提出了一种面向内核接口的顺序依赖规则挖掘与违例检测方法(SD-Miner).该方法结合驱动源码的结构特征,对驱动代码使用的内核接口进行统计分析,挖掘并提取内核接口的顺序依赖规则,并利用提取的规则检测现有的驱动源码中的使用违例.SD-Miner对Linux 3.10.10和2.6.38的驱动源码分别进行了规则挖掘和违例检测.对比检测结果发现,在2.6.38中检测出的错误中,有64处在3.10.10中得到了修正.SD-Miner检测和分析Linux 3.10.10的3781款驱动的过程仅耗费5min,共计提取出了220个顺序依赖相关的接口使用规则,并检测到了756个使用违例,作者将其中50个提交给了开发者,累计有25个回复者对20个使用违例进行了确认.实验结果表明,SD-Miner能够有效地挖掘出内核接口的顺序依赖规则,并检测出使用违例,进而辅助开发人员对驱动进行修正来提高驱动可靠性.此外,规则的挖掘是基于驱动的结构信息和统计信息,不需要开发者在源码中提供额外的注释及标注.
1007-1019

多核系统共享内存资源分配和管理研究

摘要:对于共享内存资源的多核系统来说,分配和管理有限的内存资源是一个非常重要且具有挑战性的问题.随着处理器核数的快速增长,不同线程间的访存请求对系统中共享内存的竞争也愈发激烈,由此导致的对系统性能和系统公平性的影响也更加显著.为了缓解这一问题,除了增加可用共享资源外,公平高效地管理和利用共享内存资源至关重要.在各类共享资源中,对系统性能影响最大的是共享Cache和DRAM.文中将这两级共享内存资源的分配和管理研究归结为三个重要方面,包括共享缓存分区、访存请求调度以及地址映射优化,并从优化系统吞吐率和公平性方面分析总结了一系列共享缓存分区策略,从缓解多线程对DRAM的竞争和相互干扰方面分析概括了一系列访存调度算法和地址映射策略.最后对共享内存资源未来的研究和发展做了总结和展望.
1020-1034

科学计算双路并行I/O优化方法

摘要:科学计算数据集由数据和元数据组成.一般条件下,数据的尺寸较大,元数据尺寸较小.传统的高性能计算机并行文件系统可以高效率地读写大块连续数据,但是无法高效率地读写大量较小块的元数据.一旦大块数据和小块元数据两类读写特征混杂在一起,元数据将较严重地干扰并行I/O,造成性能的下降.为此,文中提出数据与元数据分治的双路并行I/O方法.该方法在高层I/O库中建立内存文件系统与并行文件系统两级存储,在存储资源之间并行迁移科学计算元数据.一方面降低较频繁读写元数据的I/O延迟,另一方面改变科学计算数据的存储特征与存储模式,从而提高科学计算应用、尤其是数据分析与可视化等读入密集型应用的I/O效率.测试表明,双路并行I/O方法可提高写性能8%~13%,提高读性能89%到1.01倍.
1035-1043

基于聚类分析的进程拓扑映射优化

摘要:高性能计算机系统规模的持续增大使通信墙问题越来越突出.逻辑进程与物理拓扑的映射优化方法能够提高应用的通信效率,已经成为高性能计算的研究热点之一.传统的进程映射优化模型由于映射粒度过细,导致映射效率低,且易破坏通信密集的进程簇的整体性.为此,文中提出了一种聚合的二次分配问题(Aggregated Quadratic Assignment Problem,AQAP)模型,并以AQAP模型为指导,提出了一种新颖的基于聚类分析的进程映射优化方法.该方法首先使用谱聚类算法对进程通信模式进行聚类分析,然后采用自适应聚合进程映射策略实现进程簇到物理拓扑的映射,最后使用聚合Pair-Exchange算法对进程簇映射进行进一步优化.文中提出的优化方法首次将谱聚类分析应用于进程映射问题,可以有效减少远距离通信,增强通信的局部性.NPB基准程序及两道实际应用的实验结果表明,文中提出的进程映射优化方法可以使程序获得明显的性能提升,优于现有的基于Pair-Exchange以及基于图划分的进程映射方法.
1044-1055

Nimble:一种适用于OpenFlow网络的快速流调度策略

摘要:突发流量是导致网络拥塞和丢包的重要原因之一.减少网络拥塞的一种方法是在多条可达路径间均衡网络流量,如等价多路径(Equal-Cost Multi-Path,ECMP)路由.然而,大多数等价多路径路由或者静态地将不同的流/数据包哈希到不同的路径,或者依赖于局部的/过时的路径状态信息.OpenFlow技术利用集中式控制器控制网络行为,为控制器根据全局网络状态信息进行动态的数据流优化提供了可能.然而,采用基于轮询的网络状态探测机制在处理突发流量问题上面临诸多困难.文中提出一种用于OpenFlow网络的快速流调度策略,称为Nimble.Nimble架构扩展了OpenFlow协议的packet-in消息,由网络设备自主监测设备状态,并在网络出现拥塞时通过扩展的packet-in消息主动向控制器通告拥塞信息.模拟结果显示Nimble策略能够以近于零的时延检测网络链路拥塞,从而有效提高网络性能.
1056-1068
计算机学报杂志软件工程

类规模对面向对象度量易变性预测能力的潜在混和效应:一个元分析

摘要:最近的研究表明,类的规模对面向对象(OO)度量的易变性预测能力存在很强的混和效应,因此需要将其作为一个混和变量来考虑,否则有可能会得到误导性的结果.然而,先前的研究仅仅分析了一个软件系统,因此不清楚这个结论是否可以推广到其他系统上.为解决此问题,文中在102个Java软件系统的基础上利用元分析技术检查类的规模对55个OO度量和易变性之间关联关系的潜在混和效应.对每一个OO度量,首先在单个系统上分别计算在控制规模和不控制规模的两种情况下它与易变性的关联强度.然后,利用随机效应元分析模型计算在所有系统上且分别在这两种情况下它与易变性的平均关联强度.最后,在此基础上利用统计方法检测类规模的潜在混和效应.实验结果表明类规模的混和效应是广泛存在的,因此在验证OO度量的易变性预测能力时确实需要将其作为一个混和变量来考虑.
1069-1081

X10程序的差别分析方法

摘要:程序差别分析是程序调试的常见手段,其主要用于分析程序不同版本之间的差异信息.然而,将现有程序差别分析算法扩展到并行程序语言还面临众多挑战.其主要原因在于并行程序复杂性较高,且存在支持并行活动的特殊机制,如地址(或线程)、活动、同步等,从而为有效进行程序差别分析设置了障碍.文中研究基于PGAS模型的X10并行程序的程序差别分析方法,并设计了一种语句级的、针对X10程序的程序差别分析算法X10Diff.X10Diff包括下列步骤:(1)匹配原程序和修改后程序中的类、接口、方法及地址;(2)为待分析程序片段构建基于地址的程序流图,并建立相应简化图;(3)迭代扩展并比较简化图,并将差别信息定位到代码中.
1082-1092