国产异构系统上的HPCG并行算法及高效实现

HPCG基准测试程序是一种新的超级计算机排名度量标准.该测试基准主要用于衡量超级计算机解决大规模稀疏线性系统的能力,更贴近实际应用,近年来广受关注.基于国产超级计算机研究异构众核并行HPCG软件具有非常重要的意义,其不仅可以提升国产超级计算机HPCG的排名,还对很多应用提供了并行算法、优化技术等方面的参考.面向某国产复杂异构超级计算机开展研究,首先采用了分块图着色算法对HPCG进行并行,并提出一种适用于结构化网格的图着色算法.该算法并行性能高于传统的JPL、CC等算法,且着色质量高,运用于HPCG后,迭代次数减少了3次,整体性能提升了6%.分析了复杂异构系统各个部件传输的开销,提出一套更适用于HPCG的任务划分方法,并从稀疏矩阵存储格式、稀疏矩阵重排、访存等角度开展了细粒度的优化.在多进程计算时,还采用内外区划分算法将核心函数SpMV、SymGS中的邻居通信操作进行了隐藏.最终整机测试时,性能达到了国产超级计算机峰值性能的1.67%,与单节点相比,整机弱可扩展性并行效率达到了92%.     

RISC-V指令集架构研究综述

指令集作为软硬件之间的接口规范,是信息技术生态的起始原点.RISC-V是计算机体系结构走向开放的必然产物,其出现为系统研究领域带来了新的思路,即系统软件问题的研究深度可以进一步向下延伸至指令集架构,从而拓展甚至颠覆软件领域的“全栈”概念.对近年来RISC-V指令集架构相关的研究成果进行了综述.首先介绍了RISC-V指令集的发展现状,指出开展RISC-V研究应重点关注的指令集范围.然后分析了RISC-V处理器设计要点和适用范围.同时,围绕RISC-V系统设计问题,从指令集、功能实现、性能提升、安全策略这4个方面,论述了RISC-V处理器基本的研究思路,并分析了近年来的研究成果.最后借助具体的研究案例,阐述了RISC-V在领域应用的价值,并展望了RISC-V架构后续研究的可能切入点和未来发展方向.     

领域驱动设计模式的收益与挑战:系统综述

背景：近年来,领域驱动设计（domain driven design,简称DDD）作为一种软件设计方法在业界中逐渐流行起来,并形成了若干应用的固有范式,即领域驱动设计模式（domain driven design pattern,简称DDDP）.然而,目前软件开发社区却仍然对DDDP在软件项目中的作用缺少较为全面的了解.目的：旨在揭示DDDP的应用情况,即哪些DDDP被应用到了软件开发中,以及其所带来的收益、挑战及相应的缓解挑战方法.方法：应用系统化文献综述方法,对2003年~2019年7月之间发表的相关文献进行了识别、筛选、汇总和分析.结果：通过结合手动检索、自动检索和滚雪球等过程,覆盖了1 884篇相关文献,经过筛选,最终得到26篇高质量文献,对应26个独立的研究.总结了基础研究中DDDP的应用概况,即已经被应用到软件开发中的DDDP以及应用DDDP所获得的11项收益、17个挑战以及相应的缓解挑战方法.结论：因为对领域知识非常重视,领域驱动设计能够帮助实践者更好地进行软件设计,但在具体应用领域驱动设计模式时却存在着诸多挑战.虽然目前存在一些缓解方法能够在一定程度上应对挑战,但是仍然存在很多不足.通过系统文献综述,填补了学术界在这一领域的空白.考虑到DDDP的实践价值与当前理论成熟度的不匹配,未来工业界和学术界应该给予该领域更多关注.     

中断驱动系统模型检验

针对一类中断驱动系统提出了一种建模和模型检验的方法.该系统通常由中断处理程序和操作系统调度的任务组成,前者由中断源触发后处理中断事件,后者则负责处理系统的日常任务以及某些中断处理事件的后续处理.因为这类系统是实时控制系统,对中断事件的处理需要在规定时间内响应并完成,否则可能造成严重的系统失效.为了帮助系统设计人员在系统设计过程中应用模型检验技术来提高系统的正确性,首先确定了此类系统中与时序性质相关的系统要素(包括系统调度任务、中断源、中断处理程序)和相关参数,并要求设计人员在设计阶段明确指出这些要素的参数.然后,提出了将这些要素和参数自动转化为形式化模型的方法:使用时间自动机对中断事件进行建模,使用中断向量表和CPU处理栈对中断处理过程进行建模.对于得到的形式化模型,给出了针对中断处理超时错误的检测方法,并在此基础上给出了针对共享资源的完整性、子程序原子性的检验方法.     

一种高效的基于服务功能规约的服务选择方法

服务因其灵活的应用机制,逐渐成为软件开发过程中的主要载体.面对网络中涌现出的大量功能相同或相似而QoS(quality of service)不同的服务群体,如何快速、准确地定位到所需要的服务个体,仍是一项十分具有挑战性的工作.基于服务对功能的封装特性,提出一种基于服务功能规约的服务选择方法,将功能相关的抽象服务规约为一个粒度更大的服务级的抽象服务;然后,针对规约后的大粒度抽象服务完成服务发现和组合优化的过程.由于规约操作能够有效减少参与服务组合优化的抽象服务的个数以及相应的候选服务的个数,从而使算法的执行效率得到有效提升.实验结果表明:该算法与传统的启发式算法相比执行效率更高,并且对服务组合规模及候选服务规模表现出更好的扩展性.     

多选择软硬件划分问题的计算模型与动态规划算法

软硬件划分是软硬件协同设计的关键环节,划分的结果直接影响目标系统的设计质量。因此,对于一个给定的应用程序,为了使得目标系统快速执行且成本低廉,合理的划分策略十分重要。由于单个任务具有多种不同的硬件实现方式,与传统的单一硬件实现方式的软硬件划分问题相比,多选择的软硬件划分更能客观地反映现实应用。这导致问题的求解更具挑战性,它们已被证明是NP完全问题。基于多核处理器片上系统并针对任务图为二叉树的应用,建立了多选择软硬件划分问题的计算模型,并提出了解决该问题的动态规划算法。实验结果表明,当问题规模适中时,所提动态规划算法能够有效地获得精确解,并展示了算法的计算能力与硬件面积限制之间的关系。     

树形网络中的副本更新策略及算法

树形网络中的副本放置和更新是网络通讯中值得研究的重要问题之一。面对网络中数据访问需求的动态变化,好的副本放置和更新策略可以在保证服务质量的前提下有效减少网络运行及副本更新成本。针对此问题提出了两种贪心的动态副本更新策略,最大重用策略和请求覆盖策略。通过算法复杂度分析和仿真实验可以看出,所提出的两种算法的最坏时间复杂度为O(nlog n),远低于现有的使用动态规划求最优解的最坏时间复杂度O(n5),而网络运行及副本更新成本与最优解相差不超过11%。在极大地缩短了运算时间的同时,保持了尽可能低的网络运行及副本更新成本。     

一种基于UPPAAL的Web服务组合模型检测方法

Web服务组合的正确性验证对提高软件开发效率、实现服务增值具有重要意义。为从高层抽象层次研究Web服务组合的正确性及其形式化验证方法,考虑到Web服务组合中的实时特征,在采用软件体系结构描述语言XYG/ADL对Web服务组合进行描述的基础上,将其实时描述部分XYZ/RE转换至时间自动机模型,组合后系统应满足的性质用分支时序逻辑CTL公式表示,最后应用模型检测工具UPPAAL实现了Web服务组合正确性的自动化验证。     

XML联合签名

首先分析了目前Web服务架构中XML多方通信业务链的典型应用,并建立了相应的研究模型.基于此模型,提出了联合签名加密技术,以解决传统签名技术在此类应用中存在的重复签名、信息关联不严格等问题.同时,分析了通过现有XML签名规范实现该技术的局限性,进而提出了新的XML联合签名实现方案.最后给出了XML联合签名的语法定义.     

Image categorization: Graph edit distance+edge direction histogram

This paper presents a novel algorithm for computing graph edit distance (GED) in image categorization. This algorithm is purely structural, i.e., it needs only connectivity structure of the graph and does not draw on node or edge attributes. There are two major contributions: (1) Introducing edge direction histogram (EDH) to characterize shape features of images. It is shown that GED can be employed as distance of EDHs. This algorithm is completely independent on cost function which is difficult to be defined exactly. (2) Computing distance of EDHs with earth mover distance (EMD) which takes neighborhood bins into account so as to compute distance of EDHs correctly. A set of experiments demonstrate that the newly presented algorithm is available for classifying and clustering images and is immune to the planar rotation of images. Compared with GED from spectral seriation, our algorithm can capture the structure change of graphs better and consume 12.79% time used by the former one. The average classification rate is 5% and average clustering rate is 25% higher than the spectral seriation method.