面向动态异构多核处理器的公平调度算法

动态异构多核处理器的处理器核可动态调整的特征给操作系统调度算法带来了新的机遇和挑战.利用处理器核动态可调整的特征能更好地适应不同任务的运行需求,带来巨大的性能优化空间.然而也带来新的代价和更复杂的公平性的计算.为了解决面向动态异构多核处理器结构上的公平性调度问题,提出了一个基于集中式运行队列的调度模型,以降低调度算法在动态处理器核变化所带来的维护开销.并重新思考在动态异构处理器结构下公平性的定义,基于原有CFS调度算法提出新的HFS调度算法.HFS调度算法不仅能简单而有效地利用动态异构多核处理器的性能优势,而且能提供在动态异构多核处理器上的公平性调度.通过模拟SCMP,ACMP,DHCMP平台,证明了提出的HFS调度算法能够很好地发挥DHCMP结构的性能特征,比运行目前主流调度算法的SCMP和ACMP结构提升10.55%的用户级性能(ANTT),14.24%的系统吞吐率(WSU).     

异构集群中CPU与GPU协同调度算法的设计与实现

为有效提高异构的CPU/GPU集群计算性能,提出一种支持异构集群的CPU与GPU协同计算的两级动态调度算法。根据各节点计算能力评测结果和任务请求动态分发数据,在节点内CPU和GPU之间动态调度任务,使用数据缓存和数据处理双队列机制,提高异构集群的传输和处理效率。该算法实现了集群各节点“能者多劳”,避免了单节点性能瓶颈造成的任务长尾现象。实验结果表明,该算法较传统MPI/GPU并行计算性能提高了11倍。     

多核并行编程技术在中文分词程序优化中的应用

为了充分利用多核处理器的硬件资源和计算能力,提出了多核并行编程技术在中文分词程序中的优化方案.根据中文分词最大正向匹配算法的特点,由传统的串行程序,改为并行程序.利用多核并行编程模式的思想,设计了一个混合并行编程模式,通过Intel的性能分析工具,找出了该算法的热点和瓶颈,对其进行优化.实验结果表明,优化过后的执行时间较原来串行程序的执行时间缩短了50%～60%,同时提高了程序的加速性能,取得了良好的效果.     

异构环境中HDFS数据块调度算法的设计与实现

针对Hadoop分布式文件系统(HDFS)的写性能在执行效率上的不足,提出一种在节点性能异构环境中对HDFS数据块进行并发传输的调度算法。该算法实时监控HDFS集群中每个节点的资源状态和内存缓存队列,动态地将接收节点与转发节点进行配对传输,使全系统节点的网卡和磁盘并发工作,缩短了所有副本写入分布式文件系统的时间。将数据写入磁盘后请求下一个数据块,保证数据安全性,同时也使得各个节点获得与自身性能相匹配的副本数,使性能异构的系统能达到较高的写入速度。性能测试结果表明,使用该算法的分布式文件系统的写入性能较原始的HDFS提高了1倍。     

优化能耗的可变电压禁忌任务调度算法

能耗是影响异构式并行和分布式系统性能的一个重要因素,动态电压缩放(DVS)技术通过将处理器降低到不同频率来达到有效地节约能耗的目标。通常DVS技术包含任务调度及空闲时间片分配两阶段。当前绝大部分研究均针对时间片分配阶段,而在此考虑的是任务分配与空闲时间片间的关系。为了降低异构分布式系统的能耗,提出了一个利用禁忌(Tabu)策略进行调度的DVS算法。此算法首先调度用有向无环图(DAG)表示的任务集到处理器上,再应用禁忌策略来改进它,通过禁止任务再调度到特定处理器,从而增加时间片,分配阶段可用的空闲时间片达到进一步减少能耗的目标。仿真结果表明,本算法能有效地减少计算机系统的能耗。     

复杂异构计算系统HPL优化研究

当今世界的主流超级计算机越来越多地使用带有加速器的异构系统.随着加速器的浮点性能不断提高,超级计算机内计算节点的CPU、内存、总线、网络以及系统架构都要与之相适应.HPL（High Performance Linpack）是高性能计算机评测的传统基准测试程序,复杂异构系统给HPL评测带来很多机遇与挑战.针对带有GPU的异构超级计算机系统,提出一套新的CPU与加速器计算任务分配方式,提出平衡点理论指导HPL性能优化.为了优化HPL程序,提出了使用CPU与加速器协同工作的look-ahead算法和行交换连续流水算法,实现了加速器、CPU、网络等部件的高度并行.此外,为带有加速器的系统设计了新的panel分解和行交换的实现方法,提高加速器的利用率.在每个节点带有4个GPU的系统上,单节点HPL效率达到79.51%,14884节点效率达到62.22%.     

国产异构架构系统上HPL的优化与分析

随着异构系统成为建造超级计算机的重要选择,如何让CPU与加速器协调工作以充分发挥异构系统的计算性能具有重要意义.HPL是高性能计算领域最重要的基准测试程序,传统面向纯CPU系统的HPL算法通过利用加速器加速矩阵乘法的做法已经无法取得很好的性能.针对这一问题,本文基于新的国产处理器-国产加速器异构系统提出了一个新的HPL性能模型,设计了一种全新的多线程细粒度异构HPL算法.我们完成了一个轻量级跨平台异构加速框架HPCX用来实现跨平台的HPL算法.我们的性能模型能够准确的预测类似异构系统的HPL性能,我们的多线程细粒度异构HPL算法在NVIDIA GPU平台上性能超过目前NVIDIA平台上性能最好的NVIDIA官方闭源nvhpl程序9%.在国产处理器-国产加速器平台512节点的规模上,我们的新HPL算法实现了2.3PFLOPS实测峰值性能和71.1%的浮点效率.     

基于压缩感知的异构网络数据动态重构算法

针对异构网络数据资源存在节点及链路均衡度过低且数据重构资源分配路径误差较大的问题,设计一种基于节点拓扑感知的异构网络数据动态重构算法。利用模糊核聚类算法将数据样本集映射至高维空间内,聚类目标数据,根据节点在网络中对应的坐标构建异构网络拓扑模型及数据权矩阵模型;设置路由器物理链路通信图,根据链路带宽约束优化数据重构资源的分配路径,将节点核心区数据重构,并分配至聚类节点来感知数据的动态变化,为每一个核心聚类节点拓扑感知一个路由器数据的动态变化,来实现全局的数据动态重构,至此完成基于节点拓扑感知的异构网络数据动态重构算法的设计。设计仿真实验,测试算法的节点均衡度与链路均衡度。实验结果表明,设计的算法的节点均衡度为0.93,链路均衡度为0.90,均高于对比方法,因此可以得出,该算法的资源均衡度更好。     

Proto-Perf：快速精确的通用处理器原型系统性能评估方法

性能验证及评估是通用处理器设计实现过程中最重要且必须实施的关键步骤之一.高效的通用处理器原型系统性能评估方法不仅可以帮助处理器设计人员在处理器设计阶段尽早地定位性能设计缺陷,而且还可以在设计流片前验证处理器能否达到性能设计预期.然而,对处理器原型系统进行完整的性能测试需要运行较长的时间,这样巨大的时间开销导致设计人员无法及时进行性能设计分析,进而导致处理器原型系统的性能评估成为整个项目的瓶颈.提出了一种快速精确的通用处理器原型系统性能评估方法Proto-Perf.Proto-Perf性能评估方法使用动态程序分析方法和基本块聚合技术抽取测试程序的特征程序片段进行测试,显著地缩短了性能测试时间.实验结果表明,相比于完整运行SPEC CPU2006 REF数据规模测试程序获得的性能数据,使用Proto-Perf测试得到的性能数据的绝对误差平均达到1.53％,其中最高达到7.86％.并且,对于实验中的每个程序,使用Proto-Perf方法进行测试的时间都明显缩短.     

国产异构系统上HPL的优化与分析

随着异构系统成为建造超级计算机的重要选择,如何让CPU与加速器协调工作以充分发挥异构系统的计算性能具有重要意义.HPL是高性能计算领域最重要的基准测试程序,传统面向纯CPU系统的HPL算法通过加速器加速矩阵乘法的做法已经无法取得很好的性能.针对这一问题,提出了基于国产处理器-国产加速器异构系统的HPL性能模型和多线程细粒度流水HPL算法.完成了一个轻量级跨平台异构加速框架HPCX,以实现跨平台的HPL算法.该性能模型能够准确地预测类似异构系统的HPL性能.该HPL算法在NVIDIA GPU平台上性能超过了NVIDIA官方闭源nvhpl程序9%.在国产处理器-国产加速器平台512个节点的规模上,优化的HPL算法实现了2.3 PFLOPS实测峰值性能和71.1%的浮点效率.     

程序缺陷分析与安全保护技术研究

程序安全是信息安全研究的一个重要方向,主要研究程序缺陷分析和安全保护技术等.介绍程序缺陷分析研究及其分类方法,然后将程序安全保护研究分为三类主要途径进行重点阐述和分析,最后讨论程序安全研究的发展趋势.     

基于类跟踪的程序分析技术

本文基于信息流分析技术,提出了对对象式语言进行程序分析的类跟踪技术和类跟踪的实现方法,并基于此技术给出了一种针对对象式语言程序的程序分析和程序分片方法,对于程序分析和程序理解及程序文档化具有一定意义。     

寄存器软错误对程序可靠性影响的静态分析

继性能和功耗问题之后,软错误导致的计算可信性已成为一个日益严峻的课题。其中,由于寄存器访问频繁却未能被良好保护,发生在其中的软错误成为影响程序可靠性的关键因素之一。基于程序汇编代码,提出一种针对寄存器软错误的程序可靠性静态分析方法。首先通过数据流分析技术提取所有可能影响程序执行的寄存器活跃区间,然后基于活跃区间的路径表达式分析其执行时间和出现频率,最后在此基础上计算在寄存器软错误影响下的程序可靠性。实验表明,该方法的分析结果与AVF分析法保持一致,同时其结果还指出相关的寄存器活跃区间的执行时间和出现频率,这为实现针对寄存器软错误的高效容错方法提供了依据。     

An experimental COBOL restructuring system

Although COBOL lacks many features required to support structured programming, it can be used to simulate reasonably well-structured programs. This simulation is particularly important for restructuring of poorly structured old programs. This paper describes the formulation of and experiments with a practical methodology for conversion of unstructured COBOL programs into reasonably well-structured equivalents. The discussion includes the overview of an automatic COBOL restructuring system, the results of an experiment with this system and an interpretation of these results.     

支持程序分析的C＋＋程序信息库的建立与研究

提出了一种新程序信息库的设计模式，介绍了程序信息的提取方法，建立了程序信息库CPPINFO，并通过使用实例说明了它的优点。     

Exploiting the empirical characteristics of program dependences for improved forward computation of dynamic slices

Forward computing algorithms for dynamic slicing operate in tandem with program execution and generally do not require a previously stored execution trace, which make them suitable for interactive debugging and online analysis of long running programs. Both the time and space requirements of such algorithms are generally high due to the fact that they compute and maintain in memory the dynamic slices associated with all variables defined during execution. In this paper we empirically identify several characteristics of program dependences that we exploit to develop a memoization-based forward computing dynamic slicing algorithm whose runtime cost is better than that of any existing algorithm in its class. We also conduct an empirical comparative study contrasting the performance of our new algorithm to the performance of four other algorithms. One is a well known basic algorithm, and the remaining three, use reduced ordered binary decision diagrams (roBDDs) to maintain dynamic slices. Our results indicate that the new memoization-based algorithm is: (1) considerably more time and space efficient than the basic algorithm and one of the roBDD-based algorithms designed to be suitable for online analysis; and (2) comparable in terms of time efficiency but consistently more space efficient than the remaining two roBDD-based algorithms.

程序静态分析技术与工具

静态分析对于保证程序质量，提高软件生产率有重要的意义。本文综述了静态分析常用的策略，介绍了当前静态分析的研究现状，比较了目前已有的静态程序分析工具。     

A unifying theory of control dependence and its application to arbitrary program structures

There are several similar, but not identical, definitions of control dependence in the literature. These definitions are given in terms of control flow graphs which have had extra restrictions imposed (for example, end-reachability).We define two new generalisations of non-termination insensitive and non-termination sensitive control dependence called weak and strong control-closure. These are defined for all finite directed graphs, not just control flow graphs and are hence allow control dependence to be applied to a wider class of program structures than before.We investigate all previous forms of control dependence in the literature and prove that, for the restricted graphs for which each is defined, vertex sets are closed under each if and only if they are either weakly or strongly control-closed. Low polynomial-time algorithms for producing minimal weakly and strongly control-closed sets over generalised control flow graphs are given.This paper is the first to define an underlying semantics for control dependence: we define two relations between graphs called weak and strong projections, and prove that the graph induced by a set of vertices is a weak/strong projection of the original if and only if the set is weakly/strongly control-closed. Thus, all previous forms of control dependence also satisfy our semantics. Weak and strong projections, therefore, precisely capture the essence of control dependence in our generalisations and all the previous, more restricted forms. More fundamentally, these semantics can be thought of as correctness criteria for future definitions of control dependence.