同步语言的时间可预测多线程代码生成方法

能够提供更强计算能力的多核处理器将在安全关键系统中得到广泛应用.但是,由于现代处理器所使用的流水线、乱序执行、动态分支预测、Cache等性能提高机制以及多核之间的资源共享,使得系统的最坏执行时间分析变得非常困难.为此,国际学术界提出时间可预测系统设计的思想,以降低系统的最坏执行时间分析难度.已有研究主要关注硬件层次及其编译方法的调整和优化,而较少关注软件层次,即时间可预测多线程代码的构造方法以及到多核硬件平台的映射.本文提出一种基于同步语言模型驱动的时间可预测多线程代码生成方法,并对代码生成器的语义保持进行证明;提出一种基于AADL(Architecture Analysis and Design Language)的时间可预测多核体系结构模型,作为本文研究的目标平台;最后,给出多线程代码到多核体系结构模型的映射方法,并给出系统性质的分析框架.     

一种海量数据流应用并行优化模型

计算进入了多核时代,处理器的发展不再由更快的主频带动,而是依靠增加片上的多个核心.但是,对于高性能应用来说,多核平台的并行处理由于缺少适合的并行程序开发工具还处于初始阶段,对应用的优化需要对底层线程结构的深入了解和正确使用.从海量数据流应用的特点出发,提出了三级流水多线程模型,它的线程同步机制没有竞争,并且实现了不同特征数据流的差别服务.然后,在遥感图像处理和骨干网网络入侵检测系设计中,应用了海量数据流应用模型,并在多个多核平台下对骨干网网络入侵检测系统进行了性能评价.对SPARC T1平台上的线程映射方法进行研究,测试了不同映射方法的性能,并归纳出应用在体系结构方面的特征;采用Sun SPARC T1架构8核32线程服务器和曙光x86架构8处理器16核服务器对系统吞吐率进行了测试,实验结果都表现了良好的可扩展性;使用真实骨干网络流量记录文件回放产生的模拟流量,对比测试了模型应用前后数据流的服务时间,改进系统的响应时间获得了显著的提高;针对系统连接数大、负载重和处理多样性的特点,采用基于探针流的采样算法准确测试了在精确预测IP网段策略下系统的服务质量,同时也测试了增加服务质量优化后系统的延迟开销,实验结果表明,系统在引入较少延迟下提高了数据流的服务质量.     

一种面向数据流程序的软件流水并行化方法

数据流编程被广泛应用于多媒体、图像处理和信号处理等领域.多核处理器为数据流程序提供了强大并行计算资源,如何利用多核处理器的并行性以提高数据流程序性能,对满足媒体处理等实时性需求具有重要意义.基于多核处理器提出了一种面向数据流程序的软件流水并行化方法,利用整数线性规划理论对软件流水中的计算、通信资源和流水线执行阶段等进行...     

多核平台上B-NIDS的优化

计算进入了多核时代,处理器的发展不再由更快的主频带动,而是依靠增加片上的多个核心.但是,对于高性能应用来说,多核平台的并行处理由于缺少适合的并行程序开发工具还处于初始阶段.一个串行B-NIDS的优化需要对底层线程结构的深入了解和正确使用.发现了现有并行系统基于细粒度锁同步机制的瓶颈,根据应用的数据流特点提出了没有竞争的同步机制.然后,提出了改进系统三级流水的多线程结构,并实现了不同特征流的差别服务.在性能评价中,改进系统在8核32线程服务器上从资源占用、吞吐率及响应时间3个方面都表现出了更好的性能.     

基于多核的多线程程序优化研究

随着主流芯片厂商的大力推广,多核处理器已经变得越来越普及.以往串行化的程序设计方法在多核环境下已经不能充分利用多核CPU的资源.怎样高效地利用多核处理器的计算性能,已经成为软件开发者面临的新的课题.文中在传统的多线程编程基础上,根据Intel处理器的微架构(Microarchitecture)特点,以及Linux内核提供的CPU绑定技术,通过采用Cache优化和CPU亲和力(CPU affinity)优化,消除了多核环境下局部多线程Cache行竞争和伪共享,减少了线程的调度开销,提高了多线程程序的运行效率.     

产品信息

NI发布LaEW8.5版本,助您自在享受多核时代的到来美国国家仪器有限公司(National Instruments,简称NI)正式推出专用于测试、控制和嵌入式系统开发的LabVIEW图形化系统设计平台的最新版本—LabVIEW 8.5。基于NI近十年来在多线程技术上的投资,LabVIEW 8.5凭借其本质上的并行数据流特性,简化了多核以及FPGA应用的开发。随着处理器厂商通过并行多核构架获得性能上的提升,运行在这些新处理器上的     

基于动态反馈多线程的大数据驱动缓存的设计与实现

对大数据驱动缓存设计原理进行了研究,针对常规数据传递策略时间性能和在性能稳定性上的不足,在大数据的驱动缓存设计上,提出了基于动态反馈的多线程主动等待策略。该策略首先采用主线程主动等待的方式实现了多线程数据处理方案,在此基础上引入动态反馈,通过平衡数据驱动和服务器、应用系统之间数据流与指令流的传递,以提供常规多线程传递策略无法实现的负载不确定性下的性能保证。     

数据流Java并行程序设计模型的设计、实现及运行时优化

提出了一种具有数据流特征的Java并行程序设计模型,并针对该模型提出了一种基于运行时信息反馈的自适应优化算法,使得运行时系统可以利用数据流程序所暴露出的数据并行性,加速程序的运行.此外,在该模型中加入了数据流多态的概念,扩展了该模型的面向对象特性.在一个实际的开放源码Java虚拟机中实现了上述程序设计模型及优化方法.在实际多核多线程机器上的实验结果表明,所提出的程序设计模型及优化能够充分利用硬件的并行处理能力,显著地提高了程序的性能.     

多核计算机上的快速傅里叶变换并行算法

针对现有多核结构上快速傅里叶变换(FFT)并行算法没有利用多级缓存和线程级并行等多核特性问题,通过运用多核多级存储特性合理划分数据,采取子序列FFT计算和多线程并行逐对计算FFT相结合的方法,给出一个N点、一维、有序和基数为2的多核多线程并行计算FFT非递归算法。理论分析和实验结果表明,该算法实用、高效,能获得较好的加速比和可扩展性。     

应用GPU集群加速计算蛋白质分子场

针对生物化学计算中采用量子化学理论计算蛋白质分子场所带来的巨大计算量的问题,搭建起一个GPU集群系统,用来加速计算基于量子化学的蛋白质分子场.该系统采用消息传递并行编程环境(MPI)连接集群各结点,以开放多线程OpenMP编程标准作为多核CPU编程环境,以CUDA语言作为GPU编程环境,提出并实现了集群系统结点中GPU和多核CPU协同计算的并行加速架构优化设计.在保持较高计算精度的前提下,结合MPI,OpenMP和CUDA混合编程模式,大大提高了系统的计算性能,并对不同体系和规模的蛋白质分子场模拟进行了计算分析.与相应的CPU集群、GPU单机和CPU单机计算方法对比,该GPU集群大幅度地提高了高分辨率复杂蛋白质分子场模拟的计算效率,比CPU集群的平均计算加速比提高了7.5倍.     

Inference from models of software systems

The inferences which can validly be drawn about a software system based on reasoning about a model of the system depend on the precise relationship between the system and the model. Formal properties of a variety of such modeling relationships are examined, particularly relationships in which, if a given computation is possible in the system, the corresponding computations (if any) are also possible in the model. Therefore, if a particular (perhaps undesirable) computation is not possible in the model, no corresponding computation is possible in the original system. Inferences like these can be used to show, for example, that a particular error is absent from the original system if it is not manifested in the model. It is shown that many modeling techniques that are intuitively rather natural and easy to describe are of this kind.     

基于LISA理论的概念模型相似度计算

在信息系统概念建模过程中,常常需要合并或重用已有模型形成复杂的模型,以更加精确地刻画物理世界模型,而概念模型间的相似度计算是实现这一目标的重要基础。通过引入LISA认知模型的系统相似性计算方法,将概念模型间相似度计算转化为关系,绑定,实体类和角色间相似度的综合计算。实验结果表明,这种计算方法综合考虑了各种相关因素,所得出的结果具有较高的可信度。     

基于分层多模自适应滤波算法的无人机多重传感器故障诊断

应用标准的多模自适应滤波算法能够在较短的时间内检测出系统的单一故障,但是当把它用于检测系统的双重或多重故障时,这一算法需要建立所有可能出现的故障模型,而每一个模型都要对应一个卡尔曼滤波器,需要大量的滤波器并行运算,大大增加了系统的故障诊断时间,为了简化算法并减少算法计算时间,本文提出了一种用于复杂系统的多重故障诊断的分层多重模型滤波技术,在确定某一单个故障发生后,则可以启用一组基于上一单个故障的新滤波器来检测系统的第二重故障,这样减少了并行运算的滤波器数量,从而减少计算量和故障诊断时间.本文将此算法应用于某无人机多重传感器的故障诊断,仿真结果验证了该方法的有效性.     

两维时间域上的一种区间逻辑

为了给超稠密计算模型建立一种逻辑工具,首先定义了一个两维的超稠密时间域,在这个时间域上定义了一种区间逻辑,并提出了该逻辑的一个推理系统。并用轨道概念定义了两维超稠密空间中的计算,最后讨论了一些相关的问题。     

利用剩余数制简化DNA算术运算

在DNA算术运算的理论模型中,普遍应用固定基数制,比如二进制、三进制。但是由于受到进位的影响,难以实现并行运算。基于Adleman-Lipton模型,分析了剩余数制的基本原理,改进了整数的DNA链表示,并将其应用于DNA算术运算,给出了剩余数制下进行DNA算术运算的算法模型。由于在剩余数制中,算术运算（加、减、乘）在剩余位之间无须进行进位计算,故可以降低运算过程的复杂度,而且有利于进行各个剩余位上的并行计算。     

基于特定模数集的并行DNA算术运算

在DNA算术运算的模型中普遍应用二进制,受制于进位的影响,难以实现并行运算。但在剩余数制中,算术运算（加、减、乘）在剩余位之间不存在进位,故可降低运算过程的复杂度,可以充分利用DNA计算巨大并行性的优势,简化实际编码的难度。基于Adleman-Lipton模型,分析了剩余数制的基本原理,基于特定的模数集,改进了整数的DNA链表示,并将其应用于DNA算术运算,给出了特定剩余数制下进行并行DNA算术运算的具体算法。     

一阶有限群控制下实数域多方向计算的实现

根据一阶有限群的多方向计算,实现实数域运算描述的数学模型的多方向计算。多方向计算是以群论和图论为理论基础。一阶的有限群是对研究的初等代数运算描述的数学模型的最高形式的抽象。把一阶的有限群的多方向计算的性质应用到实数域的数学模型,应用到科学和工程领域的大量计算中去。根据这些研究建立一个计算系统的软件,名叫“九章”。“九章”能够加载以初等代数公式描述的数学模型,并演算求解模型各个计算方向的应用。它的特点是能够对数学模型进行多方向计算。把可以多方向计算的数学模型从应用程序分离出来,由“九章”来运行,提供数学模型多方向执行和并行执行的特征。     

Formal models for embedded system design

The authors give an overview of models of computation for embedded system design and propose a new model that supports communication-based design. An essential component of a new system design paradigm is the orthogonalization of concerns (i.e., the separation of the various aspects of design to allow more effective exploration of alternative solutions). The pillars of the design methodology that we have proposed over the years are the separation between function (what the system is supposed to do) and architecture (how it does it) and the separation between computation and communication     

水平单调载荷作用下的桩基桥墩滞回特性

为研究桩基桥墩-地基系统的非线性性能,根据模型与原型的物理相似关系制作1∶5比例的桩基桥墩模型. 采用力-位移混合控制加载的拟静力试验方法,通过在墩顶施加水平单调增加载荷,得到墩顶水平载荷下桩基桥墩的载荷-位移滞回曲线、骨架曲线和滞回特性. 用非线性弹簧单元模拟土体、用梁单元模拟桩和桥墩,建立模型桥墩的计算模型. 计算模型的骨架曲线与试验模型的骨架曲线吻合较好,表明采用非线性弹簧单元和梁单元分别模拟土体和桩是可行的,可以为考虑土-结构相互作用时的桥梁抗震分析提供参考依据.     

可扩展的电子表格查询外数据源方法

电子表格是一种分析工具,具有友好的用户界面,提供了简单计算模型。但与RDBMS相比,电子表格没有一个共享机制,而导致多个电子表格需要产生多个副本。此外,电子表格也不能提供可扩展的计算。为了解决共享性和可扩展性问题,提出把Excel计算自动地转换为SQL。可以从一个系统中输入数据,在系统中用类似的Excel公式定义计算,然后把它作为一个SQL视图转换和存储起来,然后通过系统执行Excel计算。实验显示,方法是可行和有效的。