基于全局同步逻辑时间的访存依赖约减方法

并发执行的并行多线程程序执行过程中,不同的访存顺序会得到不同的执行结果.由于再次执行时,难以重现首次执行时的错误,导致并行程序的调试非常困难.确定性重放是解决该问题的一种方法,目的是通过记录并行程序执行过程中的不确定性事件,然后利用记录的事件重现出程序的原始执行.然而,已有的确定性重放方法会产生大量的记录日志,如何减小记录日志是确定性重放领域的研究热点,在实际应用中也是非常具有挑战性的问题.为了减小记录日志的开销,文中提出了一种基于逻辑时间的访存依赖约减方法,并在支持松弛存储一致性模型的处理器上提出具体的实现技术,该方法利用了访存依赖对应的逻辑时间之间的序关系进行约减.通过模拟评估所提出方法的性能和可扩展性.其中,在8核模拟平台上,通过Splash2测试程序进行评估,结果显示所提出的记录方法平均日志开销为0.11Bytes/Kilo-Instruction,与目前最好的访存依赖约减方法Timetraveler相比提高了75%;通过4核、8核和16核平台的评估结果,表明所提出约减方法具有较好的可扩展性.     

基于回放机制的并发程序中的错误重现方法

为了帮助程序员检测并发程序中的错误,提出了一种重现错并发误场景的方法.使用对Java字节码插装的方法,生成记录和回放版本的程序.在记录程序运行时,自动记录下线程间执行的逻辑循序,同时在程序发生崩溃后自动生成测试用例,这些测试用例运行在回放版本上具有确定性地重现并发错误的能力.实现了一个基于Java程序的原型工具,实验结果表明,该原型具有重现并发程序错误的能力,并且性能开销在一个可接受的范围内.     

基于安全审计日志的网络文件系统数据完整性保护方法

网络文件系统在方便数据共享的同时也带来了新的安全隐患,审计日志跟踪并记录文件服务器上数据的变化,对于分析评价系统的安全性有重要价值.现有的系统因为不能防止内部攻击以保证审计日志的安全性,无法很好地满足用户需求,如攻击者可以直接通过驱动程序修改磁盘上的审计日志来删除敏感数据.提出了一种基于安全审计日志的对网络文件服务器上的数据进行完整性保护的方法.服务器中的每个文件和目录都对应一个认证符以保证其完整性,通过将文件服务器上的活动记录下来并生成日志,事后根据认证符和分析日志信息来对数据进行审计.另外,通过引入一个可信组件来生成认证符和审计日志并保证它们的安全性.根据该方法在NFS服务器上实现了原型系统Nfsd-log并对其进行了性能测试.SSH-build的测试结果表明,Nfsd-log的总时间开销比未受审计日志保护的原始NFS服务器的时间开销仅增加9.2%.     

基于OSGi的分布式系统集中日志管理方案

目前分布式业务应用的日志多存储在各分布式服务器节点本地日志文件中,没有集中存储和管理,导致业务系统问题定位速度慢,解决问题效率低.本文提供一种基于OSGi的分布式日志收集与分析技术方案.该方案单独设计了集中的日志存储服务器用于存储日志,并提供一套通用日志模型,业务应用分布式节点向该设备发送基于该模型的日志数据,日志存储服务器接收到各节点的日志数据后进行统一存储和界面化分析展示,帮助开发人员快速定位和分析问题.该方案以OSGi插件形式部署到应用系统,应用卸载该插件后则以原有方式存储日志.应用结果表明,采用该日志管理方案对1000并发下记录日志的业务应用访问性能平均提升2秒,并且没有日志数据丢失.开发人员反馈,错误日志更加一目了然,定位问题的时间明显短于普通的日志存储方式.     

容错矩阵分解与线性方程组求解

利用实数码可以实现容错线性信号处理系统,这样的系统可以纠正输出数据中存在的随机错误,其中这些错误是由系统中的瞬时故障引起的.矩阵分解是一种有用的线性运算.本文讨论了矩阵的容错LU分解问题,并根据算法容错思想给出了一个有效的矩阵LU分解过程,该过程最多可纠t个随机错误,其中t为某一给定较小常数.基于上述过程,我们提出了一个线性方程组的快速容错求解方案,对应的硬件开销和时间开销分别为O(k)和O(k2),而已知的TMR技术的硬件开销和RESO技术的时间开销分别为O(k2)和O(k3),其中k为线性方程组的阶.所以,与已知方案相比,本文所提方法对于实际应用具有更重要的应用价值.     

分布式key-value系统错误污染检测

随着key-value存储系统的广泛使用,越来越多的研究开始关注分布式系统中的可信问题,其中一个重要的问题是,如何在系统被入侵或者管理员配置错误并运行一段时间后,检测出受污染的数据,从而可以在恢复错误数据的同时保留系统的合法更新.文中提出了一种基于key-value存储系统的错误污染检测方法,该方法允许在客户端不可信的前提下,检测客户端之间的污染扩散.文中设计了一种基于各服务器逻辑时钟的向量时钟,该时钟以用户关联操作为更新规则,记录了跨服务器的读写请求逻辑关系,用以进行错误污染跟踪;同时为了减少大规模系统中污染检测的开销,基于该向量时钟,文中进一步提出了一种在分布式系统中由操作序列构成有向无环图的污染分析方法.基于广泛使用的Voldmort key-value系统,文中实现了一个错误污染检测系统,Tracker Store.在集群测试环境下,文中对引入新的检测系统后产生的额外延迟开销进行了测试.     

一种针对块内日志存储模型的缓冲区管理方法

闪存的擦后写特性,使其对小粒度随机更新为主的数据库应用,存在较大的更新时延.基于块内日志的存储管理模型提出了一种使用日志的方法,有效地解决了该问题.但是由于没有考虑数据访问的冷热特性,使得热擦除块合并操作非常频繁,同时它们采用的强制日志刷新策略导致闪存日志区存在严重的碎片问题.针对上述问题,本文提出一种基于数据冷热检测的双链表缓冲区算法DLPA,它根据数据的访问特性动态地分配日志页大小,可以有效减少擦除块合并操作,同时在日志刷新至闪存时,结合两种日志打包策略,有效地改善了日志区碎片问题.实验显示,该算法在增加少量存储开销的前提下,显著地优于现有算法.     

一种基于污点追踪的系统审计日志压缩方法

近十年来,高级持续性威胁（APT,advanced persistent threat）越来越引起人们的关注。为了防御和检测APT攻击,学者提出了基于系统审计日志的入侵取证方案。系统审计日志可以详细记录主机上的系统调用过程,因此非常适用于入侵取证工作。然而,系统审计日志也有着致命的弊端:日志庞大冗余。再加上APT攻击往往长期潜伏、无孔不入,企业不得不为每台联网主机长期保存日志,因此导致巨大的存储计算成本。为了解决这一问题,本文提出一种模仿二进制动态污点分析的日志压缩方案T-Tracker。T-Tracker首先检测日志内部与外部数据发生交互的系统调用,生成初始污点集合,然后追踪污点在主机内的扩散过程,这个过程中只有污点扩散路径上的系统调用能被保留下来,其余均不保留,从而达到日志压缩的目的。本研究的测试表明,该方案可以达到80%的压缩效果,即企业将能够存储相当于原来数量五倍的日志数据。同时,T-Tracker完整保留了受到外部数据影响的日志记录,因此对于入侵取证而言,可以等价地替换原始日志,而不会丢失攻击痕迹。     

基于Change-Tree的本体变更日志存储研究

本体变更的目的是为了适应环境的变化,而变更的前提是要保证本体和使用它的应用或数据间的兼容性,本体概念或属性的重命名、合并、分解都可能造成本体与应用间的不兼容.提出了一种基于Change-Tree的本体变更日志存储方法.该方法采用有向树来组织本体的变更过程,用变更树节点来存储本体变更的信息,用节点间与或关系来关联本体的变更类型;同时该方法能采用树搜索来遍历本体变更的每一个历史阶段,从而为重现本体变化的历史提供了一种灵活高效的途径.     

面向云计算的粒度自配置日志采集平台

日志数据管理系统是最重要的云服务基础设施之一。重要日志数据缺失将造成相应日志分析与决策的片面性和不准确性。然而日志数据采集能力越强,日志采集的运行期开销就越大,海量日志数据的管理与分析就越耗时,对整个云服务环境的系统性能造成不可忽视的影响。针对如何采集必要的日志数据同时尽可能降低其运行期开销的问题,文章首先提出日志采集粒度的概念,然后设计并编程实现一个面向云计算的粒度自配置日志采集平台。其中,平台构成模块包括:日志采集工具、存储日志采集粒度规则和事实的知识库;基于规则动态增加或关闭相关日志数据采集模块的推理机;相应的图形界面,包括用于添加或修改知识库规则的管理界面和直观查看日志数据的用户界面。最后,初步的案例学习结果表明了平台的有效性。     

并行程序错误调试技术研究综述

随着多核设备的普及,主流软件系统的构建模式已经由单线程串行转为多线程的并行方式．然而,由于并行程序的不确定性,使得调试并行程序错误要比串行程序的错误困难很多．因此,如何高效地调试并行程序错误成为了亟待解决的问题．对并行错误调试技术做了全面的研究与分析．在此基础上,进一步讨论了不同调试技术的优劣,也对并行调试技术可能的发展方向进行展望．     

Hybrid Approach to Faster Functional Verification with Full Visibility

For functional verification, software simulation provides full controllability and observability, whereas hardware emulation offers speed. This article describes a new platform that leverages the advantages of both. This platform implements an efficient scheme to record the internal behavior of an FPGA emulator and replay the relevant segment of a simulation in a software environment for debugging. Experimental results show an order-of-magnitude savings in debugging time compared to a software-only simulation approach.     

支持多核并行程序确定性重放的高效访存冲突记录方法

多核系统中并行程序执行过程的不确定性给程序调试带来了很大的困难.准确记录初始执行中冲突访存的次序是并行程序确定性重放的基础.提出了通过建立精确happens-before关系记录访存冲突的方法.此方法利用简洁高效的地址冲突检测机制确定冲突访存操作在执行中所处happens-before序关系的位置,可以抑制部分记录信息的产生,从而有效减少记录信息.与其他方式方法相比,可以进一步压缩17%的记录条数.采用逻辑向量时钟描述冲突访存操作间的happens-before关系,与采用标量时钟相比,可以避免happens-before关系的误识,降低重放执行时并行度的损失.     

Features of the deterministic replay in the case of a minimum device set

A technology of the deterministic replay of an execution process in virtual machines can be used for debugging, improving reliability and robustness, software development and incident investigation (including reverse engineering of malware). The paper describes an implementation of deterministic replay for guest machines based on IA-32 in the emulator QEMU. This implementation minimizes the list of replayed devices. The organization of QEMU is discussed in detail, and the techniques used in the implementation are thoroughly explained. The key performance characteristics, such as the size of log of nondeterministic events and slowdown are experimentally measured.     

基于动态二进制翻译技术的数管软件虚拟测试环境设计

针对传统的数管软件测试环境硬件设备依赖性强、地检设备多、监视点分散和软件内部状态跟踪困难等问题,设计和构建了基于QEMU模拟器的数管软件虚拟测试环境。该环境基于动态二进制翻译技术模拟星载处理器,实现在异构平台下运行星载数管软件,同时增加指令跟踪记录功能,帮助软件异常问题定位;融合外围设备驱动和终端应用功能,对数据流进行仿真,并采用统一的格式集中管理数据,进行分层处理和实时差异比对,以日志形式记录数据变化,实现对系统状态的单窗口监视。在高分四号卫星等型号的应用表明,文章设计的虚拟测试环境能够模拟数管软件运行环境,提供更多的调试手段,使软件测试工作提前,促进了软硬件协同开发,提高了星载软件的开发测试效率。     

一种机动式指挥自动化系统的实时数据交换软件设计

 机动式指挥自动化系统需与多类型节点对接,要适应不同节点的状态变化,可应用于各种不同环境。实时数据交换是机动式指挥自动化系统信息共享与高效利用的关键技术,但由于该系统使用系统互联设备中不同的硬件平台、网络平台以及数据库等,造成了使用中多种模式并存、数据无法交换等问题。以某设备测量试验任务为背景,在需求分析的基础上,基于动态多线程和组播技术,设计一种应用于机动式指挥自动化系统的实时数据交换软件,该软件可实现多种体制下的协议转换与数据记录,支持设备状态的实时显示,并可按需完成原始数据的变速重演,支持数据分析,取得了良好的试验效果。     

A Hardware Memory Race Recorder for Deterministic Replay

As hardware vendors transition to multicore chips, software vendors face increased software reliability challenges. To effectively debug software in this new world, developers must be able to replay executions that exhibit a bug so that they can zero in on concurrency bugs - especially intermittent ones. Such deterministic replay also aids fault detection and recovery, intrusion detection, and the like. Deterministic replay requires both a recorder and a replayer. The recorder logs information during multithreaded program execution that is sufficient to enable deterministic replay. In the postmortem analysis, the replayer uses the logged information, together with the program binary, to faithfully replay the original execution. The replay will always exercise the same bugs and produce the same outputs. Clearly, an investment in modest chip resources has great potential to ease the challenges of debugging the multithreaded software that both users and vendors will continue to demand     

基于长并行距离优先的确定性多线程调度

随着多核技术的不断发展,多线程技术更加广泛地应用于计算机软件中.但由于执行的不确定性,多线程程序的排错和调试存在着很大的困难.确定性多线程系统可以使多线程程序以确定的方式执行,即多次执行同一个多线程程序的顺序和结果是相同的,这可以大大简化多线程程序的排错和调试.但是,确定性多线程系统会导致多线程程序性能的下降.本文提出一种基于长并行距离优先的确定性多线程调度算法,优先执行并行距离长的线程,减少线程总体等待时间,从而提高多线程程序的效率.实验结果表明,本文方法可以使多线程程序的性能提升10%,并且具有很好的可扩展性.     

一种基于多重索引的大规模数据快速查找算法

在手持式设备移动计算中,为了实时获取信息,往往需要对数据进行高效查找,而这又与手持式设备较弱的计算处理功能相矛盾.从硬件体系与软件算法综合考虑角度出发,提出了一种基于大规模记录的索引快速查找算法.实践表明,该算法结合所设计的多层次硬件体系,能高效地实现数据快速定位查找.     

消息日志方法中的不确定性问题

消息日志是用于多进程、分布式系统中状态恢复的一种方法。本文针对传统的消息日志方法仅仅适用于确定性进程的局限性，提出一种新的消息日志思想，充分考虑到不确定性的存在在容错方面的积极作用，主张在满足应用进程一致性语义的基础上，在一定程度上允许不确定性现象的存在。从而以新的角度看待单一进程和分布式并发系统中存在的不确定性所带来的状态重建不能完全复原的问题。这样，消息日志亦能适用于某些不满足确定性条件的进程