考虑中断和上下文切换开销的响应时间分析

实时嵌入式系统多采用中断和上下文切换实现多任务间调度,在对此类系统进行可调度性分析时,在任务的最差响应时间计算中必须包含中断和上下文切换开销.现有包含这些开销的方法是将中断作为高优先级任务同时将上下文切换开销加入到任务最差执行时间中进行分析,然而这些方法过于粗略,缺乏对实际系统细节的考虑,计算得到的最差响应时间并不精确.本文首先对中断和上下文切换的机制和时间流程进行详细的阐述,进而分析中断和上下文切换对任务关键性时刻的影响,接着给出包含上述开销的更加精确的响应时间计算方法,最后进行仿真验证.本文扩展了包含系统调度开销的响应时间计算方法,可用于资源受限的硬实时系统中需要精确计算响应时间的场合.     

基于核态Socket的网络块设备研究

本文描述了一种适用于集群系统的网络块设备的实现方案。这种方案基于新型的VIA结构，在核态实现一层Socket，使得基于TCP／IP的网络块设备(NBD)可以很方便地移植到VIA的网络上。该方案消除了TCP／IP协议栈的软件开销，也减少了核态与用户态的数据拷贝和上下文切换的开销。     

Linux操作系统实时性测试及分析

在特定平台上对Linux的实时性重要指标：中断响应和上下文切换开销加以测试并分析，为Linux嵌入式中的实时应用提供了依据。Linux中断响应与Linux内核机制和内存管理机制紧密相关，而Linux上下文切换开销与Linux进程空间和硬件平台情况紧密相关。     

减少上下文切换的虚拟密码设备中断路径优化方法

针对虚拟化环境下密码设备中断传输开销过大影响密码运算性能的问题,提出了一种减少上下文切换（RCS）的虚拟密码设备中断路径优化方法。首先,该方法在虚拟密码机（VCM）内核建立了一个由主机到VCM的关系映射表;然后,对传输到VCM的中断请求,由关系映射表判断中断请求类型,并对VCM中不存在的中断类型进行注册;最后,直接交由VCM中断处理器处理。该过程减少了中断处理过程中由于主机介入导致的系统频繁上下文切换开销,提高了VCM的密码运算性能。实验选取VCM执行密码运算的速度作为性能参考指标,结果表明,该机制下VCM使用高级加密标准（AES）算法加密时速度提高了16.35%,使用安全散列算法（SHA256算法）加密时速度提高了12.25%。     

快速低切换开销的堆栈处理器架构研究与实现

为解决当前Forth堆栈处理器架构不支持多任务并发和事件实时响应等问题,提出一种快速低切换开销的Forth堆栈处理器架构。在现有Forth堆栈处理器架构的基础上,引入新的指令、定时器、中断机制以及采用多任务堆栈技术,使得该架构支持实时多任务的运行。实验结果表明,基于堆栈处理器架构的Forth实时多任务调度支持多任务运行,与当前基于寄存器处理器的Forth实时多任务调度相比,实时任务响应、任务上下文切换和最大关中断等时间均明显缩短。     

嵌入式Linux实时调度算法及应用

针对Linux2.6内核在嵌入式应用中实时性不足的问题,提出了自适应实时调度算法,并应用它构建了嵌入式Linux远程图像实时监控系统.调度算法在O(1)调度性能的基础上,为实时进程增加了截止期、带宽(即利用率,执行时间与其周期的比值)等属性,设计了实时进程插入、时钟中断、实时进程接受及带宽调节等函数,实时进程的带宽、时间片可以自适应改变.实验结果表明,该算法改善了任务的中断响应时间和上下文切换时间.     

基于飞腾平台TOE协议栈的设计与实现

传统TCP/IP协议栈要占用大量计算和访存资源,主要表现在中断上下文切换、协议处理和数据拷贝三方面。为减轻飞腾处理器计算负载,逐步采用软硬件一体化即协议卸载引擎（TCP/IP Offload Engine）技术,用硬件部分或全部实现TCP/IP协议处理。因飞腾平台处理器频率较低,网络负载较重时容易成为网络I/O瓶颈。文中对TCP/IP卸载引擎（TOE）技术及其相关原理进行研究,设计并实现了飞腾平台TOE协议卸载引擎的驱动,利用TOE对飞腾平台的网络性能进行优化。测试表明：飞腾平台使用TCP/IP卸载引擎能提高网络吞吐量并减少CPU利用率。     

一种基于多核网络处理器的流媒体转发单元的实现

流媒体转发服务器的出现一定程度上解决了流媒体传输过程中带宽争抢与资源浪费的问题。基于通用操作系统作为应用层软件来实现的流媒体转发单元普遍存在一些不可避免的中断处理、内存拷贝、协议处理等系统开销,制约着流媒体转发服务器的整体性能。本文提出了一种基于多核网络处理器的流媒体转发单元的实现方案,该方案采用分层的软件层次,使数据处理层面模块与管理层面模块分离,并将处理量大、实时性要求高的数据处理层面模块实现在一种简单执行环境中,以期降低上述系统开销,实现整体性能的提升。     

提高硬件多线程处理器性能的方法

在当今的网络处理器中，为了提高吞吐率、实现高性能，部分处理器采用了流水线技术和硬件多线程技术。支持硬件多线程不仅有效地隐藏了访存延迟，而且略去了线程切换时线程相关信息的保存与恢复，减少了线程切换的开销，从而提高了性能。然而硬件多线程并未能彻底消除线程切换的开销，线程切换时仍需要清除与重载流水线，这将浪费一定的时钟周期，不能充分利用多线程带来的好处。该文在IXP2400网络处理器的基础上，提出了一种新的设计方法，使得线程切换时略去了清除与重载流水线的环节，减少了这部分的开销，从而提高了处理器性能。     

构建新型高性能与高可用的键值数据库系统

近年来,写密集型应用程序越来越普遍.如何有效地处理这种工作负载,是数据库系统领域深入研究的方向之一.写操作开销主要由以下两个方面的因素构成：（1）硬件级别,即写操作引起的I/O,目前无法在短时间内消除这种开销;（2）软件开销,即修改内存数据拷贝以及构造日志记录造成的多次写操作.日志即数据（log-as-database,称其为单拷贝系统）的架构能够减少写操作引起的I/O,同时降低软件方面的开销.目前,业界对单拷贝系统展现出浓厚的兴趣.现有的单拷贝系统大部分建立在特殊的基础设施之上,例如infiniband或NVRam（非易失性随机存取存储器）,这种基础设施尚未达到广泛可用或者是依托他系统（例如Dynamo）构建,这种方法缺乏灵活性与普适性.在商用机器环境中,自底向上构建了一个称为LogStore的键值数据库系统,采用log-as-database设计理念,以充分利用单拷贝系统的优点,在提升写操作性能的同时,有效缩短主备数据之间的差距.在系统中内嵌复制协议达到高可用性而不是依赖其他系统,使得系统灵活可控.系统新颖的查询执行模型将执行线程与特定分片绑定,结合多版本并发控制技术,以无锁的方式消除读写冲突、写写冲突以及上下文切换开销.用YCSB对系统性能进行了详细的评估,对比主流的键值系统HBase以及单拷贝系统实现LogBase,LogStore在写密集型工作负载上性能要优4倍左右.在崩溃恢复方面,LogStore可在1分钟之内完成TB级别数据规模的恢复,比LogBase要快1个数量级以上.     

Effective solution of certain problems of theory of schedulings of nets

Cybernetics and Systems Analysis -     

Complexity of families of learning algorithms and estimation of the nonrandomness of extraction of empirical regularities

The paper presents a general approach to the evaluation of the complexity of classes of algorithms, so-called pVCD-method. To develop this method, all the examined families of models of empiric generalization were restricted to classes implementable on computers and, wider, by examining their partially recursive representations. Within the framework of the algorithmic approach, the concept of Kolmogorov’ complexity of algorithms for the recognition of properties or the extraction of regularities is proposed. The method proposed to evaluate the nonrandomness of the extraction of empirical regularities is based on this concept.     

Analysis of microdensitometric data in terms of probability of cleavage of DNA

Computer-aided analysis of autoradiographic films of DNA fragments is presented. The Powell least-squares procedure is used for optimization of parameters for components of complex densitometric curves. Since each densitometric spectrum may be divided for several non-overlapped blocks of bands, there is no upper limit on the number of parameters which must be optimized. Eight shapes for the component bands are utilized: symmetric and asymmetric Gauss and Cauchy functions, direct, symmetric and asymmetric product of Gauss function and inverse of Cauchy function, and log-normal function. The probability of DNA cleavage is calculated with correction for multiple cuts. The methods presented was applied to detailed analysis of densitometric spectra of a 21-bp DNA restriction fragment and allowed for direct correlation between structural microheterogeneity of DNA and the resulting cutting pattern. This method should facilitate the analysis of densitometric data from antibiotic-induced cleavage of DNA and footprinting experiments.     

联合收割机脱粒滚筒恒速智能控制器设计

研究了轴流式联合收割机的控制问题,给出了联合收割机脱粒滚筒的数学模型,介绍了基于模式识别的智能控制原理,建立了联合收割机脱粒滚筒恒速控制模型,设计了基于模式识别的智能恒速控制器.应用Matlab/Simulink进行了控制器仿真,其结果表明,将基于模式识别的智能控制应用于联合收割机脱粒滚筒的恒速控制,其过渡过程平稳、响应速度快、无超调、无振荡并且无稳态误差.     

An estimate of numbers of terms of semicycles of delay difference equations

In this paper, we study the semicycles of oscillatory solutions of the delay difference equation y_n+1 − y_n + p_ny_n-k = 0, where p_n is a sequence of nonnegative real numbers and k is a positive integer. Upper bound of numbers of terms of semicycles are determined in the case when

Our results improve and complement known results in literature.     

Complexity of approximation of 3-edge-coloring of graphs

The problem to find a 4-edge-coloring of a 3-regular graph is solvable in polynomial time but an analogous problem for 3-edge-coloring is NP-hard. To make the gap more precise, we study complexity of approximation algorithms for invariants measuring how far is a 3-regular graph from having a 3-edge-coloring. We show that it is an NP-hard problem to approximate such invariants with an error O(n1−ε), where n denotes the order of the graph and 0<ε<1 is a constant.     

Modifications of the method of variation of parameters

In spite of being a classical method for solving differential equations, the method of variation of parameters continues having a great interest in theoretical and practical applications, as in astrodynamics. In this paper we analyse this method providing some modifications and generalised theoretical results. Finally, we present an application to the determination of the ephemeris of an artificial satellite, showing the benefits of the method of variation of parameters for this kind of problems.     

计算机辅助课表编排技术的研究

讨论了几种实用的计算机辅助课表编排技术及在实际编排中的应用。应用分析表明，采用分批与或图搜索和分批优化的匈牙利算法相结合的方法，在计算机辅助课表编排中是行之有效的。