多核下基于远程直接内存访问的高效远程过程调用研究

针对目前基于远程直接内存访问(RDMA)的远程过程调用(RPC)设计在多核背景下存在的性能和扩展性问题,提出了一种新的基于RDMA Write的高效RPC设计方法并对网络文件系统(NFS)提供了支持.重点就设计中的安全性问题和内存管理机制进行了分析,并针对内存有效利用提出了被动和主动两种回收机制.测试结果表明,这种新的...     

基于非易失存储器件的内存键值存储系统的性能研究

分析了互联网应用为满足后端存储系统高性能要求而引用的内存键值存储系统的应用特点,指出:为了永久保存数据,这些系统还需要在后端将数据从易失性的内存拷贝到慢速的非易失存储设备中;将新型的非易失存储器件(NVM)引入内存键值存储系统可减少其性能开销;根据NVM的特征,内存键值系统可采用两种架构:将NVM替代磁盘作为二级存储设备和将NVM替代DRAM直接作为主存储设备。基于上述分析,实现了两种NVM架构的内存键值存储系统,并通过实验分析,总结出了内存键值存储系统选择NVM架构的原则,这些原则可有效指导内存键值存储系统在采用当前以及未来NVM器件时,对架构的选择。其次,还通过理论和实验分析,得出了不同架构下的内存键值系统在软件层的主要开销,指出了未来针对这些系统的软件设计的优化方向。     

外部高速缓存与非易失内存结合的混合内存体系结构特性评测

以非易失性存储器(NVM)作为主存且以动态随机存取存储器(DRAM)作为片外高速缓存(EC),是一种可以满足大数据应用内存容量需求的新型混合内存结构(EC-NVM).该结构同时具有NVM的大存储容量和DRAM的低存取延迟的优点.传统的结构是以片内SRAM作为片内高速缓存(IC)且以DRAM作为主存(IC-DRAM).与...     

一种面向非易失性内存文件系统的数据读写粒度控制策略

数据读写是文件系统的重要操作.传统的文件系统基于磁盘设计,数据读写需要旋转磁头,因此数据读写慢.文件系统使用I/O调度层对读写操作进行拆分和合并,减少磁头寻道时间,提高系统性能.新型非易失性内存(NVMM)支持字节寻址和随机访问,文件系统可以直接使用内存指令进行数据操作.因此,现有的NVMM文件系统,如ext4-dax...     

TH-MSNS系统中基于IP协议的缓存机制设计与实现

为提高IP-SAN的性能,在清华大学海量存储网络系统（TH-MSNS）存储区域网络的基础上,设计和实现了一种iSCSI环境下的缓存系统。该系统采用服务器内存作为数据的缓存,直接在内存中完成部分读写数据的命令,在存储请求空闲时同步远程网络磁盘数据。通过性能对比测试表明,该缓存系统能够较大地提高IP-SAN存储系统的性能,能增大存储系统的带宽,减少操作延迟。     

面向应用定义优先级调度的用户态协议栈研究

针对数据中心负载中混杂请求对延迟敏感型请求响应尾延迟产生干扰,而现有研究无法在不同负载场景下为延迟敏感型请求提供灵活优先调度的问题,本文提出了应用定义优先级调度的用户态协议栈。该设计利用用户态协议栈在数据中心请求处理所处的关键位置,支持上层应用根据负载特征灵活定制优先级识别与调度策略,并由协议栈为优先级识别提供数据包、传输控制协议(TCP)流等丰富的状态信息,实现了不需要改动网络协议栈,就可以对不同负载场景实现灵活的应用定义优先级识别与调度,从而避免延迟敏感型请求受到其他混杂负载请求带来的排队延迟与阻塞延迟干扰。实验结果表明,在不同的负载场景下,通过灵活准确的应用定义优先级调度,可以将延迟敏感型请求的响应尾延迟降低98.5%,有效保障了用户体验。     

实时数据库的应用研究

根据实时数据库, 内存数据库的基本理论,提出了将内存数据库思想溶于传统磁盘数据库中的内存数据访问技术。通过对应用程序与数据库系统之间接口的重新封装,实现了此技术在数据访问对象(DAO)中的应用,使数据库检索、存取等过程能在有限的内存中进行,避免了大量磁盘数据的 I/O,提高了应用系统的执行效率。     

MIPS VZ虚拟化环境中透明大页性能的优化

内存地址翻译一直是影响计算机性能的重要因素之一,在虚拟化环境中由于存在多级地址翻译,这一问题更为突出。使用透明大页(THP)是优化这一问题的常见手段。本文以龙芯3A4000处理器和KVM虚拟机为实验平台,分析了MIPS VZ环境中虚拟机使用透明大页的性能。发现透明大页在应用中存在分组TLB负载不均衡,使得部分场景中透明大页对性能产生了负面影响。本文对现有KVM内存管理进行了改进。通过在内存管理中增加对分组TLB负载的考量,提升了KVM虚拟机使用透明大页的性能。该方法对其他使用TLB分组结构的处理器也有参考价值。     

优化内存系统能效的DRAM架构研究综述

介绍了不同层次优化内存系统能效研究的现状,对通过修改动态随机存取存储器(DRAM)架构优化内存系统能效的研究进行了详细论述。概述了通过修改内存控制器和操作系统实现的高能效DRAM系统的研究。着重介绍了通过修改DRAM架构实现内存系统能效优化的研究,并将这些研究分为"低延迟的DRAM架构"和"低功耗的DRAM架构"两大类进行介绍,其中低延迟架构的研究包括优化关键操作、降低平均访存延迟以及提升请求并发度等3个方面;低功耗的架构研究包括细粒度激活、低功耗与低频率芯片、优化写操作、优化刷新操作以及多粒度访存等5个方面。最后给出了关于修改DRAM架构实现内存能效优化的总结和展望。     

内存数据库优于查询的存储结构的研究与设计

以内存数据库数据存储结构研究重点,以提高数据查询效率为目的,提出在内存数据库现有的N-Array存储结构中利用离散存储结构思想对其改进的方案,并给出具体的设计及实现方式。随后以属性选择查询为主要评估点,对N-Array存储结构和改进的存储结构的查询效率进行全方位分析和对比,最后得出结论:改进的存储结构在属性的选择查询上能更好的利用到系统的缓存优势,在内存数据库的查询效率上它是有意义的。     

分布式机器视觉的RTPS中间件设计与实现研究

为了满足网络化制造中分布式机器视觉(DMV)对各种数据流的不同通信性能要求,设计了基于实时发布-订阅(RTPS)协议的中间件.通过定义中间件工作过程中的相关控制参数,对数据传输的可靠性、实时性以及网络带宽和内存等资源的使用进行了定量描述和优化.将设计的RTPS中间件应用到网络化制造中的DMV系统,进行了各种类型数据流的...     

基于信誉评测机制的WSN安全路由协议研究

针对无线传感器网络(WSN)路由协议存在的安全问题,考虑到WSN节点能量低、资源有限的缺陷,提出了一种新型的WSN安全路由协议——VH-GEAR协议。VH-GEAR协议在地理位置能量感知路由(GEAR)协议的基础上引入了纵向(vertocal,V)和横向(horizontal,H)分析相结合的WSN节点信誉评测模型来提高路由协议的安全性,同时通过改进路由协议的信誉更新机制来减小能耗。基于NS2的仿真实验表明,VH-GEAR路由协议能有效识别网络中的恶意节点,减小对合法节点的误判,降低网络能耗,从而加强了网络的安全性,延长了网络的生命周期,提高了网络的整体性能。     

基于并行处理的EPA通信调度算法研究与实现

针对目前工业以太网(EPA)通信调度算法软件实现方法存在的内存资源耗费多,通信调度表搜索效率低的问题,提出了一种基于现场可编程逻辑门阵列(FPGA)的硬件实现方法.该实现方法采用了一种报文集中存储,通信调度表分别构建的策略,并基于该策略设计了一种并行处理的调度表搜索方法.在以Altera Cyclone II FPGA为主控芯片的开发平台上的测试结果表明,与软件实现方法相比,该设计方法减少了内存资源的占有率,将报文搜索效率提高了9倍,通信调度性能提高了1倍.     

高端PC服务器内存管理及SQL Server性能优化技术

介绍了高端PC服务器(对称多处理器、内存>4GB)内存管理技术,以及在此硬件基础上运行的数据库管理系统性能调整与优化的理论、方法和具体实践.     

光突发交换网络的一种新型资源预留协议

考虑到现有光突发交换(OBS)网络协议在时延、丢包率性能上的不足,在恰量时间(JET)协议的基础上,提出了一种基于并行调度(PS)处理思想的新型资源预留协议--PS-JET协议,给出了该协议的实现方案及具体的信令帧格式,并通过分析与系统仿真,将其性能同带优先级的恰量时间(PJET)资源预留协议做了详细的比较.结果表明,PS-JET协议在实际的多跳网络中具有更好的时延性能和更低的丢包率,同时,具有和PJET同样良好的QoS区分特性.     

NUMA结构的高效实时稳定的垃圾回收算法

针对非一致性内存访问架构(NUMA)在垃圾回收(GC)过程中存在大量的远程内存读写导致GC性能降低的问题,对GC过程的各个阶段进行分析与研究,提出了一种基于NUMA结构的高效实时稳定的GC算法。该算法首先基于NUMA结构改进传统分代GC机制的堆空间布局,然后通过控制GC过程中扫描活跃对象阶段的初始根对象选取、动态负载均衡阶段截取任务队列的选取以及复制活跃对象阶段对象复制位置的选取,大大减少GC过程中的远程访问次数。这种改进的GC机制对所有NUMA结构具有通用性。以Godson-3处理器的NUMA平台为例进行的实验结果显示,优化的GC机制极大地缩短了GC的时间,而且提高了应用程序的性能以及稳定性。在SPECjvm2008测试中,GC时间平均缩短了14.6%(GC总时间缩短4.1%~41.58%),应用程序的性能平均提升了4.68%(最高提升17.8%),应用程序的性能稳定性提升了76.2%。     

基于锁的Cache一致性协议的硬件优化策略

对一种基于锁的Cache一致性协议的开销进行了评估和分析,并结合一款处理器接口的设计,实现了一种分布式内存结构上的远程内存共享机制.该机制能提高处理器机间的通讯性能,降低一致性协议中的通讯延迟,同时通过硬件锁对协议中的同步开销进行优化,避免锁管理器节点陷入处理程序而减少同步等待时间.实际测试结果表明,通过硬件优化的软件Cache一致性协议基本操作的性能得到极大的提高,并在实际应用上具有更好的加速比和可扩展性.     

一种基于TPM的手机第三方安全移动支付协议

为解决in-APP第三方支付中密钥泄漏、信息显示不全、商家APP缺乏预信任等问题,采用着色Pe tri网(C PN)模型对现有的订单篡改、通知假冒、订单替换、非授权查询4种攻击进行建模分析,并通过推导不安全状态的可达性验证in-APP第三方支付系统存在的安全漏洞。提出了基于可信平台模块(TPM)的新的支付协议模型,该模型利用TPM生成安全私钥用于改进数字签名和防止用户和商家APP串谋攻击等方面。安全性分析表明,相较于原协议,新的安全模型引入随机数抵御重放攻击,通过TPM安全芯片生成公私钥对,抵御因密钥泄漏引发的订单篡改与替换、通知假冒和非授权查询4种网络攻击,并通过协议中的额外安全性补偿机制解决了串谋攻击和订单信息显示不全等问题。     

面向强一致性的分布式对象存储的I/O并行性优化

在提供数据强一致性保障的分布式对象存储系统中,其I/O并行性受到系统I/O调度算法(主副本优先调度)的限制。本文提出了一种简单高效的I/O调度策略,其基于多副本的主从模型,可在保障强一致性的同时充分挖掘I/O并行空间。其包括如下3个主要步骤:第一,I/O请求被发送至主副本节点进行负载合并;第二,这些请求被送至数据相关性检测器根据相关性分配优先级;第三,根据I/O优先级及负载分布,将I/O请求尽可能均衡地转发至各副本节点上并行处理。本文实现了一个分布式对象存储系统原型用于验证该策略的有效性。实验分别对本文策略的各个环节进行了评估,实验结果表明,较主副本优先调度策略,本文策略使得GET请求吞吐量最大提升41.8%,GET请求平均延迟最大降低42.5%,GET请求99.9~(th)延迟最大降低15.8倍,这使得系统性能达到最终一致性下基准调度策略C3的水平。     

基于FPGA的软硬件协同的多表哈希连接加速器

多表连接操作难以实现硬件加速。一方面,多表连接请求中表的数目不确定且连接方式多变,这种灵活的计算请求与固定的硬件行为之间存在矛盾;另一方面,多表连接的中间结果随表的增加而扩充,数据结构的管理和维护也要求更高的硬件开销。为支持灵活高效的多表连接计算,本文提出一种软硬件协同的优化方法。软件部分,将多表连接抽象为正向和反向2种计算模式并支持不同方式的多表连接。硬件设计采用访存和计算协同优化的方法:设计一种规则的硬件哈希表结构以提高内存访存带宽;设计支持正反向计算的同构专用计算引擎,配置多数据通道和指令控制系统实现高效的并行运算,提升多表哈希连接的计算效率。实验结果表明,相比中央处理器(CPU)执行表连接操作,单计算引擎能够提升性能9.2～11.0倍。通过多路并行的技术,实现8路并行的多表哈希引擎,能够充分利用板卡片外(DDR)内存带宽,实现相比CPU超过71.1倍的性能提升。