基于硬件性能计数器的软件性能数据采集与分析研究

引入了基于CPU硬件性能计数器的性能数据采集和分析方法,从软件运行时刻的细粒度参数入手分析软件运行时刻的性能表现,从而更为准确地反映系统实际的动态运行状态。实验证明,这种方法对于需要详细掌握系统动态运行状态的应用能够提供非常有效的分析数据,同时也在一定程度上对编译器的性能优化给出了相关参考数据。     

基于RISC-V的新型硬件性能计数器

经过多年的发展,X86架构与ARM架构的处理器逐渐分别占据了桌面端和移动端市场的主导地位.虽然无论从技术角度还是从生态体系方面,这两类架构的处理器性能越来越高,但是由于其指令集臃肿、技术复杂、授权困难等原因,使得开发这两类架构的处理器的门槛较高.研究院所还没有一个合适的指令集用于体系结构的研究和创新.RISC-V指令集的开源使得这一局面得以缓解.其具备精简、开源、敏捷开发等特点引起了工业界与学术界的广泛关注与积极参与.性能计数器(Hardware Performance Counter,HPC)是处理器研究和性能调优的重要工具.由于RISC-V制定的标准性能计数器的可拓展性欠佳、可同时捕获事件的数量有限等不足,本文提出一种新的基于RISC-V的分布式硬件性能计数器.本文使用Genesys2开发板作为实验平台,将这种性能计数器适配到lowRISC-v0.4开源SoC项目上,完成了对该设计方案的验证与评估.该性能计数器只占用3个控制状态寄存器(Control and Status Registers,CSRs)就可以同时捕获比标准的性能计数器多近乎一个数量级的事件,在RISC-V处理器的性能分析、结构优化、侧信道攻防等方面为研究者提供了翔实的统计数据.     

ROPDetector:一种基于硬件性能计数器的ROP攻击实时检测方法

面向返回编程(Return-Oriented Programming,ROP)是针对软件漏洞利用最广泛的攻击技术之一,能够绕过数据执行保护、地址空间布局随机化等防御机制.本文提出了一种基于硬件的ROP攻击实时检测方法,在不需要任何边缘信息(如源代码、编译器支持)和二进制重写的情况下,利用现代CPU中的硬件性能计数器监控...     

基于数据分布一致性的处理器硬件性能计数器复用估计方法

同时可记录的处理器硬件事件数量受限于处理器硬件性能计算器的数量.目前主流处理器可支持大量(数百个)硬件事件,但由于片上寄存器数量有限,仅提供了少量(通常6～12个)硬件性能计数器.为缓解这一矛盾,硬件计数器复用技术(multiplexing,MPX)通过分时复用策略,利用少量计算寄存器来估算大量硬件事件.但在实践中,由于已有基于时间局部性的MPX估计算法结果准确率偏低,导致MPX一直未被广泛采用.为了提升MPX结果准确率,主要工作包括3部分：1)通过Kolmogorov-Smirnov正态性检验,发现针对同一硬件事件,相同代码在单计数器记录单事件(one counter one event, OCOE)的OCOE模式和MPX模式下,存在数据分布一致性的规律;2)基于此规律,提出了轮廓线估计法(outline estimation, OLE);3)在开源MPX库NeoMPX上实现了OLE算法,并在主 流X86和ARM处理器上进行了验证.实验结果表明：在对16个硬件事件同时进行采集时,OLE算法相比PAPI默认的MPX估计算法,结果准确率平均提高了10.5%左右,最多可提升46.6%;相比已有算法,结果准确率分别提升了18.8% 和17.7%.     

一个基于硬件计数器的程序性能测试与分析工具

在Intel P6系列处理器与Microsoft Windows NT平台上开发了一个工具软件PTracker,它利用处理器中的硬件性能计数器来获取程序性能数据,并结合机器体系结构参数对数据进行分析。它无需用户编程,与应用程序所使用的编程语言无关,使用很方便。它不仅能够通过性能计数器获得精确的性能参数,而且还能通过对测试得到的性能数据的分析,揭示程序高层次的性能特征,对程序性能评价与优化具有一定的指导作用。本文介绍了PTracker的技术背景、设计与系统实现,并给出了一个应用实例。     

虚拟环境下虚拟机应用性能建模

得益于虚拟化技术的成熟发展, 当下私有云和公有云数据中心已经越来越多的出现在企业、学校和研究机构当中. 相对于物理机, 虚拟机拥有更好的迁移性、可扩展性和相对低廉的购入与维护成本, 所以越来越多的中小创业者倾向于购买虚拟机部署服务. 对于云服务提供者来说, 如何在满足SLA情况下对云环境下或者运行于同一物理资源池上的虚拟机合理分配资源从而实现硬件资源池最大化利用变得越来越重要. 本文分析了影响虚拟环境下虚拟机应用性能的关键参数, 并证明了虚拟机应用性能与硬件资源之间存在着复杂的非线性关系, 通过一种SVD特征拓展+非线性模型的方法对运行于同一物理资源池上的虚拟机应用性能进行建模研究, 实验表明该模型有较好的效果, 并且平均预测误差可以达到12%左右.     

单片机中定时/计数器在消除瞬时干扰中的应用

介绍了单片机采样控制系统中一种消除瞬时干扰的方法，该方法利用干扰信号作用时间比实际所需采样信号的作用时间相差特别大的特点，通过对单片机内的定时／计数器进行编程来消除瞬时干扰。这种方法原理简单，经济实用，既避免了复杂的硬件电路设计，又使单片机本身的资源得到了充分利用。     

一种基于细粒度性能计数器建立系统实时功耗模型的方法

对计算机系统运行时功耗值的实时获取,是进行功耗动态管理的先决条件.性能计数器能够准确地反映各硬件部件的使用情况,进而反映其功耗情况.文中提出了一种基于细粒度性能计数器建立系统实时功耗模型的方法(SysPower),该方法由功耗模型设定、性能计数器选取、数据采样、模型求解、结果检验五个步骤组成,基本思路是:选取反映处理器、内存、I/O等主要部件运行状态的细粒度性能计数器作为预选特征值集合(Fpreslct),通过实验建立该集合与运行时系统总功耗的对应关系,采用多元线性回归法进行模型求解,得到各性能计数器对功耗的影响系数,从而建立系统的实时功耗模型,并得到对该系统运行时功耗产生实际影响的有效性能特征值集合(Feffect).在三个不同平台上的实验表明,该方法建立的功耗模型最大误差小于4%,针对每个平台使用三组不同的采样数据组合进行模型求解,得到的有效特征集合完全一致,证明了模型的稳定性.最后,综合三个平台的实验情况,给出了一个包含70个元素的性能计数器集合,作为该方法的缺省特征值集合(Fcommon_effect).     

一种基于聚类分组的虚拟机镜像去冗余方法

随着云计算的兴起,虚拟化技术使用也越来越广泛,虚拟机正逐步取代物理机,成为应用服务的部署环境.出于灵活性、可靠性等方面的需求,虚拟机镜像急剧增长,如何高效地、经济地管理这些镜像文件已成为一个很有挑战性的研究热点.由于虚拟机镜像之间存在大量重复性的数据块,高效的去冗余方法对于虚拟机镜像管理至关重要.然而,传统的去冗余方法由于需要巨大的资源开销,会对平台中托管的虚拟机性能造成干扰,因而并不适用于云环境.提出了一种局部去冗余的方法,旨在优化镜像去冗余过程.其核心思想是:将全局去冗余变成局部去冗余,从而降低去冗余算法的空间复杂度,以达到减少操作时间的目的.该方法利用虚拟机镜像相似性作为启发式规则对虚拟机镜像进行分组,当一个新的镜像到来时,通过统计抽样的方法为镜像选取最为相似的分组进行去冗余.实验结果表明:该方法可以通过牺牲1%左右的存储空间,缩短50%以上的去冗余操作时间.     

面向应用服务的虚拟机性能评估

为了获取在云平台下提供应用服务的虚拟机所表征出的特定负载特性（这种负载特性可以用来标识此应用服务的行为）,设计对现有虚拟机负载信息进行采集,达到了对虚拟机状态信息和负载信息有效获取;通过获取到的虚拟机系统信息,提出基于指定类型优化的性能评估算法,得出虚拟机的基本特征,对虚拟机性能负载进行量化。为虚拟机资源和物理机资源的充分使用提供解决思路。     

面向云服务的高性能计算柔性服务平台

随着云计算的深入应用,为用户提供高质量的远程高性能云服务成为当前研究的热点。文章提出了面向云服务的高性能计算柔性服务平台,该平台通过虚拟化技术、图形化和面向对象的技术等,设计和实现了全新的高性能计算环境,具有工具整合程度高、用户界面友好等特点,可为远程云服务提供必要支持。     

新型云计算服务器的设计与实现

采用传统服务器组成云计算数据中心存在体积大、功耗高、效能低等问题。为此,设计并实现一种新型云计算服务器。对该服务器的关键技术进行阐述,包括云处理器、3D-torus网络拓扑结构、负载均衡策略、硬件虚拟化等技术。与传统服务器相比,该新型云计算服务器具有体积较小、功耗低等特点。     

云计算安全：概念、现状与关键技术

随着云计算的广泛应用,云计算安全问题逐渐凸显出来。文章首先阐述了云计算安全相关概念,并对云计算的安全问题和云计算安全特征进行分析,然后对云计算安全的现状和典型的云计算安全体系架构进行了介绍,并对云计算安全的关键技术进行分析,最后给出了结论。     

云计算主机内核虚拟化技术框架及其性能分析

近些年来,云计算已经成为了互联网领域的一个重要基础设施,越来越多的应用被部署到云计算平台上提供在线或者离线的服务.而虚拟化技术则是云计算的关键技术,提供包括计算、存储和网络在内的资源,一直是云计算技术研究领域的热点问题.从内核虚拟化技术-KVM出现,成为了目前主机虚拟化的主流技术之一.本文对KVM虚拟化技术的架构进行了详细地研究和分析.详细介绍了KVM架构以及环境的构建过程,对于KVM架构中包含的模块以及工作流程进行了详细深入的分析,并对KVM的性能进行测试,得到了有效的对比信息,可作为相关研究和工程技术的参考,具有较高的技术价值.     

面向云计算的虚拟系统验证框架

本文针对面向需求的云计算提出了一种虚拟系统验证框架。该框架包括六中测试类型:功能测试、性能测试、可扩展性测试、压力测试、容错检验和功耗测试。框架给出了每种测试的测试目标、方法和过程。最后,本文进行了多种性能测试,并给出了测试结果和分析。     

基于梯度提升回归树的处理器性能数据挖掘研究

现代处理器一般只内置了 4～8 个性能计数器,但可以监测多达上千个时钟周期级别的性能事件。这些事件可以轻易地产生大量数据,称为处理器性能大数据。然而,如何从这些性能大数据中提取有价值的信息面临着许多挑战。该文提出一种处理器性能数据分析方法,通过迭代使用梯度提升回归树算法构建性能模型,为云计算负载的性能事件进行重要性排序,从而指导云计算平台的性能调优。     

虚拟化技术在云计算中的应用初探

本文分析了云计算的特征和虚拟化技术的作用地位,从高级虚拟主机、面向应用和资源、虚拟化存储三个方面探讨了虚拟化技术在云计算中的应用。     

云计算安全技术研究综述

随着云计算的发展,云计算的安全问题越来越受到关注。分析了云计算的基本特征及面临的安全问题,总结了目前国际上关于云计算安全问题的研究现状,主要包括CSA、ENISA以及微软等组织和机构在云计算安全方面所作的研究工作,讨论了云计算安全技术框架和关键技术。     

虚拟化技术在云计算中的应用初探

本文分析了云计算的特征和虚拟化技术的作用地位,从高级虚拟主机、面向应用和资源、虚拟化存储三个方面探讨了虚拟化技术在云计算中的应用。     

RDMA虚拟化相关技术研究

RDMA网络具有高带宽,低延时,低CPU负载的特点,广泛应用于数据密集型任务中,例如深度学习,高性能计算,数据分析等.RDMA的实现需要软硬件支持,在云环境下,RDMA虚拟化方案有助于多用户共享RDMA网络传输的高性能,同时实现对RDMA网络的统一管理和控制.本文调研了近年来的RDMA虚拟化解决方案,覆盖了虚拟机和容器...