零拷贝技术在网络流量控制系统中的应用

分析数据包的传输过程,分析数据拷贝操作的CPU消耗和时间代价,并研究当前的零拷贝技术PF_RING,设计出一种改进的基于操作系统的零拷贝实现方法,该方法利用Linux的内存共享和DMA技术实现数据包传输过程中内存的零拷贝,同时解决了同步问题,优化了Linux的内存管理,该方法能消除数据包传输过程中内存拷贝对CPU的消耗,缩短数据包行走路径,并进行了测试,结果表明应用零拷贝后系统效率提升明显.     

Java虚拟机中的动态锁cache优化

Java虚拟机在运行过程中使用即时编译器编译Java程序的热点方法,然后直接执行热点方法的本地代码.锁cache机制允许Java虚拟机将编译方法的本地代码锁在cache中,以提高编译执行时的指令cache命中率.通过分析Java虚拟机中编译方法的调用规律,得到编译方法的活跃时间段、平均大小和内存分布情况.基于编译方法的调用规律,给出Java虚拟机中的动态锁cache优化方法.在Java热点方法的活跃期将其本地代码段锁在cache中,以减少cache失效.最后,在龙芯3A的HotSpot虚拟机上实现了动态锁cache优化方法.实验结果表明,Java虚拟机中的动态锁cache优化方法能够使SPECjvm2008运行时的cache失效次数平均降低8.5%,性能平均提升4%.     

实时系统中基于DVS与Cache划分技术的节能研究

DVS(动态电压调度)和cache划分是用来节约嵌入式系统能耗的技术.两种技术的结合会具有更好的节能效果,而且有cache划分的其他优点,关键问题是如何为每个任务确定执行时的电压和cache大小来使系统能耗最小.在实时嵌入式系统中针对这一问题,提出了一个多项式时间复杂度算法.实验对比了多组测试集在不同算法下的能耗,结果表明,本算法在满足实时性约束条件下有效地降低系统能耗.     

嵌入式Linux系统中基于Web的远程监控系统的设计

介绍了在嵌入式Linux操作系统下、基于Web的网络智能设备监控系统的设计方案和软、硬件的实现,研究了嵌入式Linux平台下动态Web技术的实现方法和CGI程序的设计方法,实现了在嵌入式Linux平台下利用Boa作为Web服务器的远程在线监控系统,并给出了测试结果,成功实现了远程监控功能.     

基于超标量处理器的高效FFT映射方法

针对超标量处理器的结构特点,研究新的映射方法,实现高效FFT运算.对现代超标量结构处理器进行建模,分析FFT算法在其上执行情况,得出内存访问是FFT算法执行的关键点.并进一步对FFT的内访问过程进行建模分析,最终实现了一种基于cache优化的高效FFT映射方法,该方法将FFT进行拆分实现,充分发挥了cache的作用,进而提高了处理性能.最后在ADI公司的TS201数字信号处理器上,以该映射方法为指导实现了基2FFT算法,实验结果显示在处理点数超出cache容量时,本映射方法可以大幅度提高处理性能.      

支持多种Linux版本的动态内核性能测试技术

基于Intel IA32架构,提取了相对稳定的Linux操作系统框架.该框架主要集中于源代码树中的/arch目录中,由一些简短、高效的与体系结构相关的汇编代码构成.据此,设计了性能测试方案,包括基于地址表格改写的入口插接方案和基于代码拼接的出口插接方案.方案在运行的操作系统中,通过动态改写系统内存的插接技术实时地插入测试代码,测试代码可以使用高级语言来书写.实验表明,所提方案适用于通用的Linux 2.4和Linux 2.6内核系列,其时间开销仅为基于中断动态插接技术的6%左右,且能发现系统硬件和操作系统的关键性能问题.     

一种具有容错机制的MapReduce模型研究与实现

针对传统MapReduce模型的容错机制对错误的处理效率低下等问题,提出了一种基于多核虚拟机的具有容错机制的MapReduce模型。该模型使用检查点机制进行错误恢复,并只对中间结果和必要的状态信息进行保存;利用虚拟机在隔离内存中保存中间结果;根据用户的需要及系统的负载情况动态调整系统中工作节点的个数。通过在SUN的32核、主频为2.38GHz、内存为128GB服务器上的测试,结果表明:与传统MapReduce模型相比,改进MapReduce模型降低了通信上的开销,提高了MapReduce运行过程的可靠性和错误恢复的性能,虚拟机监控器可以完全控制和管理多核平台的内存,使操作系统无法直接访问隔离的内存,数据恢复不会受到操作系统内部各种错误的影响,保证了恢复数据的安全性。     

基于ARM9的嵌入式Linux系统移植研究与QoS功能实现

针对嵌入式系统应用和开发的需要,提出了在ARM嵌入式平台上移植Linux系统以及动态加载QoS模块的方法.本文在研究了Linux内核与ARM系列处理器工作原理的基础上,移植了Linux系统并设计了适用于互联网通信的QoS模块.测试分析表明,移植后的Linux系统能正常加载QoS模块,并能够良好运行在ARM平台上,证明了所提出方法的有效性.实验结果证明,该方法对其他嵌入式系统和互联网络服务质量的开发有一定的参考价值.     

基于污点信息的函数内存模糊测试技术研究

针对二进制程序文件处理漏洞的挖掘,目前业界主流自动化方案为基于文件变异的模糊测试,但该方法盲目性高、代码覆盖率低、效率低下。为研究具有高针对性的测试方法,该文讨论了一种新型的函数内存模糊测试技术。该技术利用动态污点分析的结果,获取目标程序中处理输入数据流的函数与指令。测试中基于二进制插桩,对上述函数构造循环执行结构,并针对内存中的污点数据进行变异。原型系统实验表明:该测试方法可有效用于栈溢出等漏洞类型的挖掘;相比传统模糊测试,消除了因数据盲目测试造成的执行路径中断瓶颈,且在执行效率上具有95%以上的提升。     

多核平台的并行实时调度与内存分配算法

多核处理器凭借着低功耗高性能的优势占据了市场.针对多核平台上并行实时任务,提出局部与全局EDF相结合的调度算法,其中任务的截止期划分、执行预算以及迁移时机由所设计的处理器带宽预留服务器决定.同时,提出了内存分配算法,该算法能够更好地为并行实时任务管理内存资源.实验结果表明新的调度算法具有更高的调度成功率.另外,在内存资源竞争的前提下,内存分配算法可以保证并行任务的实时性与系统稳定性.     

基于Bank地址的IABA冲突分析及优化

为了降低物联网应用中用于关键事务控制的硬实时任务的最坏情况响应时间（WCRT）,提出了一个基于任务地址分布的bank冲突优化框架.该框架从以下两个方面改善硬实时任务的WCRT:借助任务访问缓存地址因素约束bank冲突条件,并借此收敛任务的最差情况执行时间（WCET）;基于任务访问缓存的地址分布特征优化地址映射降低冲突延迟时间.实验结果表明,所提方法分别可提升平均18.15%的冲突延迟估值以及减少大约20%的冲突延迟时间.      

支持缓存划分的全局EDF实时系统调度策略

由于多核处理器争用共享缓存导致的不确定性为实时系统带来极大的挑战.为解决这个问题,现代处理器引入了缓存划分技术,通过隔离处理器核对缓存的访问从而提高了时间可预测性.但是,这种隔离技术可能导致实时任务因缓存分区的数量不足而被阻塞,而传统的实时调度算法与分析方法无法有效应对这种情况.因此,提出了支持缓存划分的可抢占全局最早截止期优先(EDF)实时调度算法gEDFca,并结合最新的缓存敏感调度理论针对这种调度算法进行了可调度性分析,提出了一种基于线性规划的可调度性判定条件.还提出了一种具有线性时间复杂度的优化算法,进一步提高了分析方法的性能.随机生成任务的仿真实验表明,提出的可调度性判定方法具有较高的效率.同时,优化算法提高了算法可调度性.     

基于任务映射与缓存划分的WCRT优化方法

为了降低系统最坏响应时间（WCRT）,提出了一种基于任务映射与缓存划分的WCRT优化方法.该方法分为两个阶段,第一阶段采用任务在最佳缓存容量下的最坏情况执行时间（WCET）进行任务映射;第二阶段以满足系统的缓存容量约束为原则对映射后的任务进行缓存容量回收及任务映射的再调整,同时在两个阶段均兼顾系统的负载均衡.实验结果表明,该方法在降低系统最坏响应时间及执行效率方面都能获得良好的效果,系统最坏响应时间相比GCP算法平均降低了6.7%,相比ILP方法有更快的执行效率.      

基于MPCore与Linux的中断亲和性研究

对Linux操作系统环境下中断任务的处理器亲和性进行了分析研究,提出了利用中断亲和性平衡处理器的中断负载,改进多核MPCore系统性能的方法.首先对MPCore特有的分布式中断控制器工作机制进行了研究,然后详细分析了中断亲和性在Linux内核中的实现原理以及特定条件下的中断迁移策略,指出中断亲和性在改进系统性能方面可以有静态和动态两种实现方式.在静态方式下,分析了中断亲和性可以提高系统性能的原因以及适用范围 在动态方式下,提出了一种动态负载均衡算法,实验结果表明该算法可以有效地分配中断任务到多个处理器上运行,避免单处理器负载过重,从而提高整个系统的性能.     

Efficiency of Cache Mechanism for Network Processors

With the explosion of network bandwidth and the ever-changing requirements for diverse network-based applications, the traditional processing architectures, i.e., general purpose processor (GPP) and application specific integrated circuits (ASIC) cannot provide sufficient flexibility and high performance at the same time. Thus, the network processor (NP) has emerged as an alternative to meet these dual demands for today's network processing. The NP combines embedded multi-threaded cores with a rich memory hierarchy that can adapt to different networking circumstances when customized by the application developers. In today's NP architectures, multithreading prevails over cache mechanism, which has achieved great success in GPP to hide memory access latencies. This paper focuses on the efficiency of the cache mechanism in an NP. Theoretical timing models of packet processing are established for evaluating cache efficiency and experiments are performed based on real-life network backbone traces. Testing results show that an improvement of nearly 70% can be gained in throughput with assistance from the cache mechanism. Accordingly, the cache mechanism is still efficient and irreplaceable in network processing, despite the existing of multithreading.     

计算机实时系统在武钢2800轧机HAGC上的应用

研究针对武钢2800轧机HAGC系统改造项目的计算机实时系统.硬件结构以VME总线多处理器系统为基础,采用分布式控制思想,根据各种算法的复杂度和系统所要求的响应时间划分任务和分配硬件资源.在软件实现上,采用VxWorks实时操作系统,运用多任务机制、客户/服务器机制和内存共享机制等建立面向复杂实时控制的系统架构,并给出了HAGC控制算法结构图.该设计已用于实际生产并长期可靠运行.     

软件事务存储中冲突检测算法研究

为了改进事务存储在并行程序中执行的性能，选取RSTM作为实验系统.根据具体应用的不同，使用不同的库实现来对其进行优化.实验挑选了斯坦福大学的STAMP基准测试程序中的6种典型应用程序，使用基于字的STM中的9种库实现对其进行比较，评估冲突检测中数据版本管理对性能产生的影响.实验结果显示，TML在各个应用程序上面运行的效果相对最好；而SGLA的效果相对最差.另外，在比较TML与TML+Lazy之后，采用急切版本管理取得了较好的效果，这主要是通过急切版本管理及时检测并避免了冲突.但是如果出现较多的放弃或活锁的情况，系统的性能可能有所下降.     

ARM926EJ-S处理器中Cache一致性问题的探讨

在基于高性能ARM处理器的SoC结构中,Cache一致性问题是系统稳定运行的潜在威胁,消除该障碍是系统设计师必须解决的问题。介绍了ARM926EJ-S处理器内Cache的工作原理以及基于该处理器的典型SoC结构,重点论述了产生Cache一致性问题的原因,并提出具体的解决方法。相关测试表明该方法切实可行,能够有效避免数据不一致情况的发生,已被成功应用于课题项目中。     

ARM926EJ-S处理器中Cache一致性问题的探讨

在基于高性能ARM 处理器的SoC结构中，Cache致性问题是系统稳定运行的潜在威胁，消除该障碍是 系统设计师必须解决的问题。介绍了ARM926EJ-S处理器内Cache的工作原理以及基于该处理器的典型SoC结 构，重点论述了产生Cache致性问题的原因，并提出具体的解决方法。相关测试表明该方法切实可行，能够有效 避免数据不一致情况的发生，已被成功应用于课题项目中。     

Pre-record:一种高效的进程动态迁移算法

后拷贝迁移算法需要在地址空间不完整的情况下恢复进程运行,导致进程由于缺页错误过多而频频中断,严重影响了迁移的整体效率.针对这一问题,提出了Pre-record算法.该算法延长进程在源节点上的执行时间并对该过程中访问的地址空间页面加以记录,迁移时源节点优先迁移被记录的页面,然后继续推送剩余地址空间页面,保证在缺页错误发生频率最高的进程恢复运行初期能够获取所需内存页面.分析及实验结果表明,该算法能够有效降低迁移过程中缺页错误的发生率,进而提高了进程迁移的整体效率,并具有冻结时间短、剩余依赖度低等优点.