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服务器无感知计算系统性能优化技术研究综述

软件学报 2024年

作者：杨光刘杰曲慕子王帅叶丹钟华中国科学院大学中国科学院软件研究所软件工程技术研究开发中心计算机科学国家重点实验室(中国科学院软件研究所)

服务器无感知计算是新兴的云计算模式,它基于“函数即服务(FaaS)”的范式,以函数为部署和调度的基本单位,为用户提供大规模并行和自动伸缩的函数执行服务,且无需用户管理底层资源.对于用户,服务器无感知计算能够帮助他们摆脱集群底层基... 详细信息

服务器无感知计算是新兴的云计算模式,它基于“函数即服务(FaaS)”的范式,以函数为部署和调度的基本单位,为用户提供大规模并行和自动伸缩的函数执行服务,且无需用户管理底层资源.对于用户,服务器无感知计算能够帮助他们摆脱集群底层基础设施管理的负担,专注于业务层的开发和创新;对于服务提供商,服务器无感知计算将应用分解为细粒度的函数,极大地提高了调度效率和资源利用率.显著的优势让服务器无感知计算迅速吸引了业界的注意,然而,服务器无感知计算与传统云计算迥然不同的计算模式以及对任务各方面的严格限制给应用的迁移带来了诸多障碍,各种越来越复杂的任务也对服务器无感知计算的性能提出了越来越高的要求,服务器无感知计算的性能优化成为一个重要的研究课题.从4个方面对服务器无感知计算系统性能优化技术的相关研究工作进行梳理和综述,并介绍现有的系统实现.(1)介绍面向典型任务的优化技术,包括任务适配和针对特定任务的系统优化;(2)综述沙箱环境的优化工作,包括沙箱方案和冷启动优化技术,它们是决定函数运行速度的核心;(3)概括I/O和通信技术的优化,它们是服务器无感知计算应用程序的主要性能瓶颈;(4)简述相关的资源调度技术,包括面向平台和面向用户的调度策略,它们决定着系统的资源利用率和任务的执行效率.最后,总结当前服务器无感知计算性能优化技术所面临的问题和挑战,并展望未来可能的发展方向.

关键词：服务器无感知计算函数即服务云函数云计算性能优化

一种基于模板的RSA-CRT模约减攻击方法

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电子学报 2024年第3期52卷 689-695页

作者：马向亮乌力吉王宏张向民黄克振刘玉岭清华大学集成电路学院北京100084 清华大学北京信息科学与技术国家研究中心北京100084 北京邮电大学集成电路学院北京100876 国家信息技术安全研究中心北京100084 中国科学院软件研究所可信计算与信息保障实验室北京100190 中国科学院信息工程研究所北京100093 中国科学院大学网络安全学院北京101408

目前针对RSA-CRT的建模类攻击研究较少,本文以模约减操作为研究对象,提出了一种针对RSA-CRT实现的模板攻击方法.该方法的核心是解决了如何由模约减后中间值的汉明重量恢复RSA-CRT私钥的难题.该方法的特点是基于模约减后中间值的汉明重... 详细信息

目前针对RSA-CRT的建模类攻击研究较少,本文以模约减操作为研究对象,提出了一种针对RSA-CRT实现的模板攻击方法.该方法的核心是解决了如何由模约减后中间值的汉明重量恢复RSA-CRT私钥的难题.该方法的特点是基于模约减后中间值的汉明重量模型建模,通过采集选择密文模约减的能量迹进行模板匹配获取模约减后中间值的汉明重量,由汉明重量变化值恢复中间值,进一步恢复RSA-CRT算法的私钥.另外,该方法的优点在于理想情况下,基于中间值汉明重量模型建立的模板之间可以共用,且对中间值以多少位大小建模没有限制,可以选择字节大小,64位大小,甚至私钥p相同大小,实际环境中可根据泄露信息情况进行选取.最后,本文选择对中间值的最低字节进行建模,验证了该方法的可行性,并给出了防护建议.

关键词：模板攻击 RSA-CRT 选择密文模约减侧信道攻击

基于广度优先搜索的全芯片光源掩模优化关键图形筛选方法

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光学学报 2024年第9期44卷 131-141页

作者：杨欣华江一鹏李思坤廖陆峰张双张利斌张生睿施伟杰韦亚一王向朝中国科学院上海光学精密机械研究所高端光电装备部上海201800 中国科学院大学材料与光电研究中心北京100049 中国科学院微电子研究所EDA中心北京100029 东方晶源微电子科技(北京)有限公司北京100176 中国科学院大学集成电路学院北京100049 浙江大学光电科学与工程学院浙江杭州310058

提出一种基于广度优先搜索的全芯片光源掩模优化关键图形筛选方法。通过广度优先搜索算法得到所有图形数最少的关键图形组。以45 nm标准单元库测试图形集为例,采用商用计算光刻软件Tachyon Tflex对本文方法的筛选结果进行仿真验证。结... 详细信息

提出一种基于广度优先搜索的全芯片光源掩模优化关键图形筛选方法。通过广度优先搜索算法得到所有图形数最少的关键图形组。以45 nm标准单元库测试图形集为例,采用商用计算光刻软件Tachyon Tflex对本文方法的筛选结果进行仿真验证。结果表明,本文方法获得的关键图形组的工艺窗口优于Tachyon Tflex中的同类技术。相比于基于深度优先搜索的全芯片SMO关键图形筛选方法,本文方法只筛选出所有图形数量最少的关键图形组,图形筛选效率更高。

关键词：集成光学图形筛选计算光刻全芯片光源掩模联合优化广度优先搜索

映射字典导向的64位ARM到RISC-V汇编翻译

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小型微型计算机系统 2024年第8期45卷 2041-2048页

作者：贾金成朱家鑫唐震王志鹏王伟广西大学计算机与电子信息学院南宁530004 中国科学院软件研究所北京100190 中国科学院大学南京学院南京211135 中国电子技术标准化研究院软件应用与服务研究中心北京100007

RISC-V是一个新兴开放的精简指令集架构,采用模块化设计,具有精简、可靠且支持多平台的优点.RISC-V指令集架构的推广需要其软件生态的支撑,但目前RISC-V的软件生态还不够丰富,亟需建设,软件生态建设过程中需要将其他架构的软件向RISC-V... 详细信息

RISC-V是一个新兴开放的精简指令集架构,采用模块化设计,具有精简、可靠且支持多平台的优点.RISC-V指令集架构的推广需要其软件生态的支撑,但目前RISC-V的软件生态还不够丰富,亟需建设,软件生态建设过程中需要将其他架构的软件向RISC-V架构迁移适配,现有的ARM到RISC-V汇编迁移辅助工具还不够成熟,存在寄存器使用错误、程序分支控制错误等诸多问题.因此,本文设计和实现了一个64位ARM到RISC-V的汇编翻译工具,通过设计指令映射字典将指令映射关系与工具的其他模块松耦合,实现了工具的高拓展性;根据两种架构的应用二进制接口差异设计了寄存器映射字典,充分利用了RISC-V的寄存器与内存资源.与现有工具相比,本工具更易拓展,并且支持更多指令类型.

关键词： RISC-V ARM 汇编语言软件移植

资源失配时低代价的数据与计算密集型服务重配

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计算机学报 2024年第9期 2035-2058页

作者：周长兵李小翠王煜炜王亚沙中国地质大学(北京)信息工程学院北京大学计算机学院北京大学(天津滨海)新一代信息技术研究院中国科学院计算技术研究所北京大学软件工程国家工程研究中心

随着边缘计算的广泛应用,近年来在网络边缘侧激增了一些延迟敏感的用户请求,这些应用对边缘网络中物联网设备提供的资源提出了较高的服务质量(Quality of Service,QoS)需求,例如严格的地理空间约束、时延/能量及其他资源约束.物联网设... 详细信息

随着边缘计算的广泛应用,近年来在网络边缘侧激增了一些延迟敏感的用户请求,这些应用对边缘网络中物联网设备提供的资源提出了较高的服务质量(Quality of Service,QoS)需求,例如严格的地理空间约束、时延/能量及其他资源约束.物联网设备提供的功能通常被封装为运行在边缘节点上的服务,用户请求可以通过组合数据和/或计算密集型的物联网服务来实现.考虑到物联网设备的资源稀缺性以及用户请求的在线持续部署和潜在长期执行特征,边缘服务运行期间对物联网设备资源的占用和释放导致边缘网络中资源动态变化.由于物联网设备的资源通常难以得到有效补充,且消耗差异可能较大,有些设备可能会过载,导致在当前时间点适配的物联网服务,在随后时间点可能难以适配用户请求,并导致QoS降级.针对边缘网络高负载时新请求持续部署导致特定强约束难以满足的挑战,本文开展资源失配时低代价的服务重配研究,提出了一种资源高效的服务重配方法,旨在通过服务迁移技术重调度物联网设备所提供的服务,以满足更多具有一定QoS约束的用户请求.基于上海电信基站数据集进行了大量实验,实例验证本文方法的有效性.实验结果表明,本文所提方法在满足用户服务请求时延约束、降低物联网设备能量消耗、提高边缘网络资源利用效益等方面表现均优于对比技术.

关键词：数据与计算密集型服务资源利用效益服务重配服务迁移边缘网络

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一种多链协同治理的“以链治链”监管框架

计算机研究与发展 2024年第9期61卷 2290-2306页

作者：陈晓丰宋兆雄郑佩玉张珺于智孙毅区块链与数据安全全国重点实验室(浙江大学) 杭州310027 中国科学院计算技术研究所北京100190 杭州趣链科技有限公司杭州310051 内蒙古大学计算机学院呼和浩特010021 浙江大学软件学院浙江宁波315048 中国科学院大学计算机科学与技术学院北京100049

当前区块链生态飞速发展,面向公众的区块链应用服务不断增多,随着Web3.0概念的升温,这一趋势将愈发明显.这在给数字经济注入新活力的同时,也给区块链应用监管带来更大挑战.区块链及其应用的技术特性以及自动化、多中心、多级多维的监管... 详细信息

当前区块链生态飞速发展,面向公众的区块链应用服务不断增多,随着Web3.0概念的升温,这一趋势将愈发明显.这在给数字经济注入新活力的同时,也给区块链应用监管带来更大挑战.区块链及其应用的技术特性以及自动化、多中心、多级多维的监管需求客观要求对Web2.0监管技术进行兼容与创新.针对这些需求与挑战,提出了一套多链协同的“以链治链”监管框架,设计了一个由分层多级监管链和异构接入链构成的监管架构,并明确了该架构下区块链监管的基本流程;将该框架下的监管技术体系抽象成基础层、决策层、跨链层、接入层、执行层和数据层,并提出一系列对监管系统构建最为关键的监管骨干机制.在监管框架和骨干机制的指导下开发了一套区块链应用监管系统,并通过实验和应用试点验证了系统的有效性和可行性.

关键词：区块链监管跨链互操作多链协同治理

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基于聚类的ICN缓存空间规划方法

计算机应用与软件 2024年第8期41卷 132-139,209页

作者：沈皓珂陈君韩锐中国科学院声学研究所国家网络新媒体工程技术研究中心北京100190 中国科学院大学北京100049

为合理分配信息中心网络(ICN)中每个节点的缓存空间,提出一种基于聚类的ICN缓存空间规划方法。根据节点属性数据集对ICN节点聚类后,以得到的聚类中心属性数据集为每一类分配缓存空间,后根据欧氏距离评估聚类效果为类内每个节点分配缓存... 详细信息

为合理分配信息中心网络(ICN)中每个节点的缓存空间,提出一种基于聚类的ICN缓存空间规划方法。根据节点属性数据集对ICN节点聚类后,以得到的聚类中心属性数据集为每一类分配缓存空间,后根据欧氏距离评估聚类效果为类内每个节点分配缓存空间,来提高缓存系统性能。在实际应用中,也可以为互联网服务提供商(ISP)提供一定的指导意义。仿真结果表明,该方法与均分分配部署方法、基于度数部署方法、基于介数部署方法相比,缓存命中率有明显提高,响应时延明显降低。

关键词：网内缓存信息中心网络聚类缓存空间规划

一种集成于超算作业调度系统的应用并行参数优化方法

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计算机工程 2024年

作者：张文帅李会民李京潘必才中国科学技术大学网络信息中心超级计算中心中国科学技术大学计算机科学与技术学院中国科学技术大学物理系

随着高性能计算体系结构的发展，软件与硬件都具有了多层的并行结构。当不同纵向层级与横向分组的计算任务被划分到不同节点的不同处理器时，具有非常多的分配对应方式。这些分配方式一般在运行时由用户输入的多个并行参数来确定，并对... 详细信息

随着高性能计算体系结构的发展，软件与硬件都具有了多层的并行结构。当不同纵向层级与横向分组的计算任务被划分到不同节点的不同处理器时，具有非常多的分配对应方式。这些分配方式一般在运行时由用户输入的多个并行参数来确定，并对计算效率影响很大。随着计算规模与复杂度的提升，多个并行参数的可配置空间越来越大，用户越来越难以确定最佳的并行参数值。这类运行时优化问题在科学计算应用中较为普遍，但相关的研究与解决方法比较少见。在本工作中，以VASP应用为例，首先分析了该应用的多层并行结构，展示了不同并行参数配置引发的巨大运行速度差异。然后，提出一个基于约化并行效率指标的全自动运行优化方法，其不仅可以帮助用户简单快捷地确定最佳应用并行参数，同时可以帮助用户确定最佳的计算资源使用量，使应用可以高效率地扩展到大规模的并行计算。最后，本文将该优化方法与计算集群作业调度系统融合，应用于用户提交的真实VASP计算作业中。统计结果表明，本方案显著提升了作业运行速度与超算资源的使用效率，因此具有很好的工程应用前景。

关键词：并行计算作业调度运行时优化超级计算 VASP

基于性别差异的化生型慢性萎缩性胃炎患者色诊特征研究

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世界科学技术-中医药现代化 2024年第1期26卷 129-136页

作者：陈佳萍杜正光关贝吉星宇陈龙畅王永吉马赟首都医科大学中医药临床学院北京100013 首都医科大学附属北京中医医院北京100010 中国科学院软件研究所集成创新中心北京100190 首都医科大学中医药学院北京100069 中国科学院大学计算机科学与技术学院北京100049 中国科学院软件研究所计算机科学国家重点实验室北京100190

目的基于性别差异,分别探讨男性与女性化生型慢性萎缩性胃炎(Chronic atrophic gastritis,CAG)患者颜面色诊特征,从中医发病学角度出发探究不同性别患者的病变机理,为中医药防治化生型CAG提供个性化参考。方法本研究应用MT-BX-01四诊仪... 详细信息

目的基于性别差异,分别探讨男性与女性化生型慢性萎缩性胃炎(Chronic atrophic gastritis,CAG)患者颜面色诊特征,从中医发病学角度出发探究不同性别患者的病变机理,为中医药防治化生型CAG提供个性化参考。方法本研究应用MT-BX-01四诊仪采集慢性非萎缩性胃炎(Chronic non atrophic gastritis,CNG)与CAG患者的面色信息,采用病例对照研究方法,分别从男性与女性化生型CAG患者及CNG患者的面色色度学特征进行分析。结果在女性患者中,CAG伴轻度和中、重度肠化(Intestinal metaplasia,IM)组面部肝区位点L值、a值均显著低于CNG组(P<0.05)。在男性患者中,CAG伴中、重度IM组脾区位点b值显著高于CNG组(P<0.05)。结论化生型CAG患者的面色特征存在一定的性别差异,化生型CAG女性患者面部色度值在肝区变化最显著,男性患者则主要表现于脾区。提示女性化生型CAG发病多与肝相关,男性发病则多与脾相关,为临床针对不同性别化生型CAG患者进行中医临床诊疗与防治提供了个性化思路。

关键词：慢性萎缩性胃炎肠上皮化生色诊客观化色度值