Please wait a minute...
ISSN 1000-1239 CN 11-1777/TP

当期目录

2010年 第47卷 第4期    出版日期:2010-04-15
论文
基于Cell多核处理器的层次化运行时支持技术
董小社, 冯国富, 王旭昊, 冯景华, 胡雷钧,
2010, 47(4):  561-570. 
摘要 ( 371 )   HTML ( 0)   PDF (2205KB) ( 417 )  
相关文章 | 计量指标
基于Cell处理器的异构多核架构及软件显式管理的多级存储层次,使其面临编程困难和性能难以有效发挥等问题. 现有基于Cell/B.E.的编程模型多侧重于支持类似于流处理的“批量访存”(bulk data transfer)应用,传统非规则访存应用性能较低.通过扩展Cell/B.E.访存库增强协处理单元的自主作用,以协处理单元为中心建立Cell计算平台上的MPI和弱一致性Pthread分层并行编程运行时支持.分层的运行时支持结构及扩展后的Cell/B.E.访存库使模型具有更好的效率和可扩展性,并且提高了非规则应用的性能;模型中的MPI方便了大量传统并行应用向新架构的移植及开发,而弱一致性Pthread则为MPI提供高效的任务运行时管理支持及为系统级用户提供对架构全面控制的编程接口.实验结果表明,提出的运行时支持技术不仅可适应不同应用的要求,同时借助访存库中的剖分优化机制可有效地挖掘Cell/B.E.架构性能.
基于共享内存的机群服务检查点机制研究
梁 毅, 王 磊, 樊建平, 方 娟,
2010, 47(4):  571-580. 
摘要 ( 514 )   HTML ( 1)   PDF (970KB) ( 367 )  
相关文章 | 计量指标
针对既有基于稳定存储的机群服务检查点存在的系统成本高、恢复时间长的问题,提出了一种基于共享内存的机群服务检查点机制;设计了一套面向基于共享内存的检查点信息主-备存储模式的检查点信息管理协议,确保机群服务检查点信息一致性;设计了一套基于单向逻辑环的检查点组管理协议,确保检查点逻辑备份环中检查点进程的成员视图一致性.性能实验结果表明,该检查点机制具有较好的检查点信息读写性能,组管理协议系统开销小,较好地满足了机群服务检查点需求.
大规模数据密集型系统中的去重查询优化
宋怀明, 安明远, 王 洋, 袁春阳, 孙凝晖,
2010, 47(4):  581-588. 
摘要 ( 477 )   HTML ( 2)   PDF (1309KB) ( 454 )  
相关文章 | 计量指标
针对shared-nothing结构下大规模数据密集型系统去重查询的挑战,提出了一种有效的数据分布策略和并行处理方法分别对相关属性和无关属性去重进行优化:即自适应的散列和直方图相结合的数据分布策略,以及异步式并行查询中间件.前者在数据写入时保证数据均衡,并在数据量发生倾斜时自动调整数据的分布;后者充分发掘了去重查询处理中的粗粒度流水级并行,并消除了多节点同步等待的开销,尽早地返回结果.在生产系统DBroker上的测试表明,数据分布策略极大地改善相关属性的去重查询性能,而异步式并行查询引擎能够充分发掘并行性,对不相关属性的去重查询具有显著的性能提升.
高性能计算机的可靠性技术现状与趋势
黄永勤 金利峰 刘 耀
2010, 47(4):  589-594. 
摘要 ( 659 )   HTML ( 6)   PDF (621KB) ( 639 )  
相关文章 | 计量指标
随着高性能计算机系统性能的不断提升和硬件规模的不断扩大,如何实现系统的可靠运行,是高性能计算机尤其是P级计算机研制中面临的重要技术挑战.从高性能计算机对可靠性技术的需求出发,全面介绍了高性能计算机硬件设计中的可靠性技术现状,包括避错、静态冗余、动态冗余和在线替换等技术,详细分析了各种可靠性技术在典型机器中的应用情况;最后对高性能计算机可靠性技术的发展趋势进行了深入探讨,包括多核处理器的可靠性设计、全方位的内存防护技术和刀片式的冗余架构.
嵌入式加密芯片功耗分析攻击与防御研究进展
李 浪, 李仁发, 童元满, 章竞竞, Edwin H-M Sha,
2010, 47(4):  595-604. 
摘要 ( 629 )   HTML ( 2)   PDF (986KB) ( 451 )  
相关文章 | 计量指标
功耗分析攻击成为嵌入式加密芯片的最大威胁,它破解密码芯片密钥比穷举法要快得多,是一种新的密钥攻击方法.对功耗分析攻击与防御成为近年来研究的热点问题,功耗分析模型是研究功耗攻击与防御的基础,在对功耗攻击模型研究进展进行评述后,分别对功耗分析攻击与防御进行综述,功耗攻击从简单功耗分析攻击、差分功耗分析攻击和高阶差分功耗分析攻击进行比较,防御从算法级和电路级进行对比,并对文献进行了分类整理.通过对国内外研究进展的总结和对比,为特定领域的嵌入式加密芯片提供抗功耗分析攻击解决方案,最后对进一步研究的问题进行了展望.
一个基于双线性映射的前向安全门限签名方案的标注
于 佳, 孔凡玉, 郝 蓉, 李大兴,
2010, 47(4):  605-612. 
摘要 ( 472 )   HTML ( 0)   PDF (753KB) ( 442 )  
相关文章 | 计量指标
前向安全门限签名是一种重要的分布式签名,它继承了前向安全签名和门限签名的优点,通过每个成员持有的份额周期性地更新密钥,而公钥在整个时间周期中保持不变.这种签名技术可以使得敌手更难危及签名的安全性:如果敌手不能在一个时间段中攻击法定数量的成员就不能伪造任何签名,即使能够在某个时间段内攻击法定数量的成员得到他们的密钥份额,也不能伪造以前时间段的签名.2007年,彭华熹等人提出了一个基于双向性映射的前向安全门限签名方案.对此方案的安全性进行了分析,给出了几种安全性攻击的方法,指出了该方案是不安全的,同时也给出了一些改进的方法.
一种基于π/+t演算的安全协议建模方法
韩进, 蔡圣闻, 王崇峻, 赖海光, 谢俊元,
2010, 47(4):  613-620. 
摘要 ( 483 )   HTML ( 0)   PDF (767KB) ( 323 )  
相关文章 | 计量指标
安全协议模型是安全协议分析与验证的基础,现有的建模方法中存在着一些缺点,如:建模复杂、重用性差等.为此提出了一种类型化的π演算:π/+t演算,并给出了相应类型推理规则和求值规则,π/+t演算的安全性也得到了证明.π/+t演算可以对安全协议、协议攻击者进行形式化建模.基于π/+t演算的安全协议模型及其建模过程使用NRL协议为例做出了说明.同时给出了攻击者模型,并证明了基于π/+t演算的安全协议攻击者模型与D-Y攻击者模型在行动能力上是一致的.这保证了基于π/+t演算的安全协议模型的验证结果的正确性.基于π/+t演算的建模方法能在协议数据语义、协议参与者知识方面实现细致的描述.与同类方法相比,该方法可提供多种分析支持,具有更好的易用性、重用性.分析表明,该方法可以在建模中发现一定的安全协议漏洞.
基于隐Markov模型的协议异常检测
赵静 黄厚宽 田盛丰
2010, 47(4):  621-627. 
摘要 ( 651 )   HTML ( 3)   PDF (671KB) ( 554 )  
相关文章 | 计量指标
入侵检测是网络安全领域的研究热点,协议异常检测更是入侵检测领域的研究难点.提出一种新的基于隐Markov模型(HMM)的协议异常检测模型.这种方法对数据包的标志位进行量化,得到的数字序列作为HMM的输入,从而对网络的正常行为建模.该模型能够区分攻击和正常网络数据.模型的训练和检测使用DARPA 1999年的数据集,实验结果验证了所建立模型的准确性,同现有的基于Markov链(Markov chain)的检测方法相比,提出的方法具有较高的检测率.
主题爬行中的隧道穿越技术
彭 涛, 孟 宇, 左万利, 王 英, 胡 亮,
2010, 47(4):  628-637. 
摘要 ( 535 )   HTML ( 4)   PDF (2111KB) ( 428 )  
相关文章 | 计量指标
由于网络环境的复杂性和网页内容的多主题性,要想得到更多的特定主题相关网页,就要穿越那些主题不相关网页来获取更多的主题相关网页,即隧道穿越.将隧道穿越分为灰色隧道穿越和黑色隧道穿越.对于灰色隧道,在爬行过程中,将一个多主题Web页面分割成数量不多的内容块分别处理来避免由于网页整体主题不相关给该块所带来的影响.对于黑色隧道的穿越,将隧道中主题不相关网页根据其父亲页面的主题相关性赋予一个深度值,然后根据其深度值的大小进行取舍,来达到扩展主题爬行区域的目的.实验结果显示,这两种方法都达到了预期效果,所以方法是有效、稳健和实用的.
无线传感器网络中时间同步与测距协同算法
李哲涛, 李仁发, 魏叶华,
2010, 47(4):  638-644. 
摘要 ( 548 )   HTML ( 1)   PDF (779KB) ( 519 )  
相关文章 | 计量指标
时间同步是传统测距的前提条件,也直接影响测距的精度.为消除测距对时间同步的前提限制和扩大测距的应用范围,提出了时间同步与节点测距混合算法.该算法结合了基于到达时间差的测距机制和网络时间协议中的时钟同步机制,通过逆推时间非同步情况下相互测距的意义,不仅能实现时间同步,还可以实现相对测距甚至绝对测距.理论分析和仿真实验表明该算法较RBS和TPSN在鲁棒性、同步精度和消息交换量方面有较好的效果.
非结构化P2P中的一种信任机制
贾兆庆, 薛广涛, 唐新怀, 张鹏翥, 尤晋元,
2010, 47(4):  645-652. 
摘要 ( 416 )   HTML ( 0)   PDF (838KB) ( 411 )  
相关文章 | 计量指标
为了消除非结构化对等网络中恶意节点的恶意行为对网络系统造成的危害,提出了一个基于社会规则的声望模型,给出了该声望模型的参数及其计算方法,在基于社会规则的声望模型的基础上,提出一个用于非结构化对等网络的信任管理方案;给出了评价信息的分布式存储方案以及信任管理中声望和满意率的计算方法,提出了一个声望搜索算法;给出一个基于信任的拓扑进化算法,该算法改善了网络拓扑结构,增加了网络性能的稳定性.实验仿真表明该信任机制能够有效抵制非结构化对等网络应用中恶意节点的恶意攻击.
有准备时间无等待流水车间调度的搜索算法
王初阳, 李小平, 王 茜, 苑迎春,
2010, 47(4):  653-662. 
摘要 ( 397 )   HTML ( 0)   PDF (822KB) ( 404 )  
相关文章 | 计量指标
利用迭代变化邻域搜索算法(IVNS)求解最小化总完工时间的有准备时间无等待流水车间调度问题. 设计局部搜索算法需要考虑3个关键因素:所用邻域、解评估和局部最优的克服. 因此,定义了3个较大规模邻域以扩大搜索范围. 为加速解评估,利用目标增量来避免重新计算每个解的目标函数值,使相邻解比较只需常量时间,NEH插入算法的时间复杂度降低一阶. IVNS通过切换邻域和扰动重启,来克服局部搜索易于陷入局部最优解的缺点. 通过与求解该问题的当前最好算法在5400个标准算上,以相同CPU时间进行的实算比较,实验结果统计分析验证了IVNS的寻优性能明显优于参照算法.
基于匹配区域特征的相似字符串匹配过滤算法
孙德才 孙星明 张 伟 刘玉玲
2010, 47(4):  663-670. 
摘要 ( 532 )   HTML ( 0)   PDF (800KB) ( 485 )  
相关文章 | 计量指标
相似字符串匹配过滤算法因其适合大库查找而被广泛应用,为通过提高过滤算法的过滤效率加快匹配速度,提出一种基于匹配区域特征的过滤算法.该算法将模式串和文本串分割成固定长度为kq+1的逻辑块,并从各块中提取了2个新的匹配区域特征:q-gram命中的均匀性和q-gram有效命中的区域性.新算法利用这些新特征优化了传统过滤标准,提高了算法的过滤效率;并改进了QUASAR中基于分块策略的过滤区确定方案.实验结果表明,新算法与改进前相比有效地加快了匹配速度,尤其在误差率较小时改进效果更佳.
M/+2+-树:一种支持医学病例多度量空间检索的高效索引
于亚新 王国仁 林利增 李 淼 朱歆华
2010, 47(4):  671-678. 
摘要 ( 494 )   HTML ( 2)   PDF (1249KB) ( 410 )  
相关文章 | 计量指标
由于从病例库中进行病例的相似性检索关系到能否提供给医生充分且正确的候选病例,因此如何高效、准确地实现影像病例的相似性检索是学术界和医学界的研究热点之一.迄今为止,很多文献提出了用于提高查询精度的检索策略,但涉及检索效率的文章还为之甚少.基于此,提出了一种融多种度量空间相似性计算于一体的M/+2+-树高维索引技术.该索引将病例中的文本和影像合成一个高维多特征向量,该向量在度量空间上将数据空间划分成若干子空间,并借助关键向量对划分后的数据子空间再进行向量空间上的二次划分.关键向量的无重叠划分和三角不等式过滤原理可以加快病例的检索速度.总之,在度量和向量空间上的两次数据划分使得M/+2+-索引树大大减少了待查询病例与数据库病例间的不必要相似性计算的次数,从而加快了相似性病例的检索速度.实验结果表明,M/+2+-树的性能优于典型的度量空间多特征索引代表M/+2-树的性能.
数值软件自适应性能优化搜索过程评价技术研究
孙相征, 张云泉, 王宣强, 王 磊,
2010, 47(4):  679-686. 
摘要 ( 506 )   HTML ( 2)   PDF (1650KB) ( 443 )  
相关文章 | 计量指标
随着计算机硬件的快速变化,如何充分利用计算机资源,使软件性能尽可能逼近处理器峰值是人们关心的问题.针对特定硬件平台手工优化程序,或者依赖编译器优化技术,存在人工介入,难与硬件更新同步等问题.而采用自适应性能优化技术实现的高性能数学软件包(SANS)如FFTW,ATLAS,PHiPAC,OSKI等,可有效解决前两种方法存在的问题,降低开发成本,提高软件可移植性.针对自适应性能优化技术中,优化参数搜索过程十分耗时的问题,提出对优化搜索过程的评价指标Pt,并给出用此指标控制优化搜索过程的方法.实验表明运用该指标可以在较短的时间内得到一个合理的性能值.
一种改进的OpenMP指导调度策略研究
刘胜飞, 张云泉, 孙相征,
2010, 47(4):  687-694. 
摘要 ( 517 )   HTML ( 1)   PDF (1678KB) ( 465 )  
相关文章 | 计量指标
在科学计算中,循环结构是最重要的并行对象之一.考虑到负载平衡、调度开销等多方面因素,OpenMP标准提供静态调度、动态调度、指导调度和运行时调度等不同策略.针对指导调度策略不适合递减型循环结构的问题,提出一种改进的new_guided指导调度策略,并在OMPi编译器上加以实现.New_guided调度策略的主要思想是对前半部分的循环采用静态调度,后半部分的循环采用指导调度.针对不同循环结构,在多核处理器上对不同调度策略进行评测.结果表明,在一般情况下,OpenMP默认的静态策略的调度性能最差;对于规则的循环结构和递增的循环结构,动态调度、指导调度和new_guided策略的性能差别不大;对于递减型的循环结构,动态调度和new_guided策略的性能相当,要优于指导调度策略;对于某些极不规则的随机循环结构,动态调度明显优于其他策略,new_guided策略的性能介于动态调度和指导调度之间.
一种面向方面软件体系结构中的编织机制研究
倪友聪, 应 时, 张琳琳, 文 静, 叶 鹏, 赵 楷,
2010, 47(4):  695-706. 
摘要 ( 329 )   HTML ( 0)   PDF (1321KB) ( 482 )  
相关文章 | 计量指标
在面向方面软件体系结构设计中,通过指定注入位置、时机及约束,将封装了横切行为和特征的方面组件与组成软件体系结构(SA)的组件、连接件编织起来,形成一个有机整体,这对SA整体行为和质量特征的分析和验证具有十分重要的意义.提出一种SA层编织机制,它基于AC2-ADL建立的编织前SA模型,通过明确定义的编织过程和相关编织规则,将编织前独立设计的方面组件显式地织入到组件中,使得最终形成的仅含组件、连接件的编织后SA模型更加易于分析和验证.最后结合案例进一步对该编织机制作详细解释.
基于贝叶斯统计推理的故障定位实验研究
柳永坡, 吴 际, 金茂忠, 杨海燕, 贾晓霞, 刘雪梅,
2010, 47(4):  707-715. 
摘要 ( 387 )   HTML ( 3)   PDF (880KB) ( 649 )  
相关文章 | 计量指标
故障定位的目的是帮助程序员寻找引发失效的原因或故障位置,以加快调试过程.故障和失效间的关系往往非常复杂,难以直接描述故障到失效的转化.最新的研究多采用差异分析的方法,基于可疑模式,构建故障推理贝叶斯网络,其节点由可疑模式及组成可疑模式方法的调用者构成;定义了贝叶斯网络的构建算法、各个相关概率的定义及BBN中各个边的条件概率计算公式.提出基于该BBN的推理算法,推理得到包含故障的模块,并计算得到每个模块包含故障的概率.提出了评价方法,详细设计了参数调整与定位性能的关系实验和定位结果分析实验.实验数据表明,该故障定位方法取得了平均0.761的定准率和0.737的定全率,定位结果良好,具有较高的实用价值.
Flash存储技术
郑文静, 李明强, 舒继武,
2010, 47(4):  716-726. 
摘要 ( 748 )   HTML ( 3)   PDF (1320KB) ( 585 )  
相关文章 | 计量指标
Flash存储器具有非易失性、固态性、体积小、重量轻、抗震动、高性能、低能耗等特点.近年来,随着容量的提高和价格的降低,Flash存储器在通用计算环境中的应用技术迅速成为研究热点.研究的目的是对Flash存储技术研究现状进行分析、总结,以期为进一步的研究工作提供启发.首先介绍了Flash的存储特性,探讨了其在存储体系结构中地位,并讨论了管理Flash存储器的两种软件体系结构.然后重点分析、总结了Flash存储的各项关键技术的研究现状,包括地址映射机制、垃圾回收机制、磨损均衡策略、基于Flash的buffer cache管理策略、基于Flash的索引数据结构以及基于Flash的事务处理技术.最后对Flash存储技术的研究现状进行总结,提出可能的未来研究方向.
集群RAID5存储系统可靠性分析
章宏灿 薛巍
2010, 47(4):  727-735. 
摘要 ( 576 )   HTML ( 1)   PDF (1988KB) ( 415 )  
相关文章 | 计量指标
集群存储具有高并发性、高可扩展性、高性价比等特点,成为构建大型存储系统的一种重要技术.但随着系统规模的扩大,系统失效事件日益频繁,如何提高系统可靠性,保证数据持续、有效地访问就成为一个必须解决的问题.集群RAID系统是传统RAID技术在集群存储上的延伸,是有效解决可靠性问题的一种方案.出于设计集群RAID5系统的需要,提出了一种基于Markov模型的集群RAID5存储系统的可靠性模型,用以定量分析存储拓扑结构、节点/磁盘平均失效时间、重构速率等参数对集群RAID5系统可靠性的影响.分析表明:1.多层集群RAID5具有比单层集群RAID5更高的系统可靠性,更适合构建集群RAID系统;2.提高重构速率能够带来近似等幅的可靠性提升;3.在保持可靠性不变的前提下,提高重构速率能够降低系统对节点平均失效时间的需求,10倍的重构速率提升最多可以使得系统对节点平均失效时间的需求降低到原来的1/7.