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2017 154

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智能制造 35

2020 34

2019 19

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能源 17

系统工程 15

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运载系统 11

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神经网络 10

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学术会议 9

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工程管理 7

开放的复杂巨系统 7

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针对I/O密集型应用的新型非易失存储系统 None

Wen-bing HAN, Xiao-gang CHEN, Shun-fen LI, Ge-zi LI, Zhi-tang SONG, Da-gang LI, Shi-yan CHEN

《信息与电子工程前沿（英文）》 2018年第19卷第10期页码 1291-1302 doi: 10.1631/FITEE.1700061

摘要：新型存储技术——如相变存储器（phase change memory, PCM——的兴起，为I/O密集型应用的高性能存储提供了新机遇。然而传统软件栈和硬件架构需要重构优化以提升I/O访问效率。提出一种基于相变存储器的新型存储系统，包括支持存储内计算的文件系统（in-storage processing enabled file system, ISPFS）和可配置并行计算的存储内计算引擎。一方面，ISPFS充分利用新型非易失存储器（non-volatile memory, NVM）的特性，减少软件冗余和数据拷贝，提供低延迟、高性能的随机访问。另一方面，ISPFS通过命令文件将ISP指令发送给存储内计算引擎来处理I/O密集型任务。实验证明，ISPFS的吞吐量是EXT4文件系统的2–10倍。对于I/O密集型应用，该存储内计算方案比传统软件方案减少97%的I/O请求，效率提升19倍。

关键词：存储内计算；文件系统；非易失存储；存储系统；I/O密集型应用

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基于非易失存储器的细粒度检查点 Article

文喆张,凯卢,Mikel LUJAN,小平王,旭周

《信息与电子工程前沿（英文）》 2017年第18卷第2期页码 220-234 doi: 10.1631/FITEE.1500352

摘要：新型非易失存储器提供了高访问速度，大容量，字节访问粒度，以及非易失等特性。这些特性将为容错带来新的机遇。本文提出了基于非易失存储器的细粒度检查点。我们在现有操作系统内核的存储管理模块中加入了针对非易失存储器的管理，同时提供了一个非易失堆以供上层应用进行快速的内存分配和对相关对象（或数据结构）的检查点备份。在此系统中，两个处于不同虚拟页面中的对象（或数据结构）有可能处于同一个物理页面中。对一个对象的修改将不会影响到对另一个对象的监控。以上机制使我们能够对小于一个页面的修改进行监控。和传统的基于页面粒度的检查点工作相比，我们的机制可以有效的减少检查点拷贝的数据量，从而更好的利用存储器带宽，提升性能。

关键词：非易失存储器；字节访问粒度；非易失堆；细粒度检查点

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基于非易失存储器的版本化进程细粒度容错 None

Wen-zhe ZHANG, Kai LU, Xiao-ping WANG

《信息与电子工程前沿（英文）》 2018年第19卷第2期页码 192-205 doi: 10.1631/FITEE.1601477

摘要：新型非易失存储器（NVRAM）提供的字节粒度持久且非易失新特性，将有力支持新型容错技术的设计。进一步，赋予进程中每个数据一个版本号，通过更新版本号实现进程非易失数据的一致性更新。与传统检查点机制相比，VerP可高效支持细粒度容错。

关键词：非易失存储器；字节粒度持久；版本化进程；版本号

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NICFS：基于持久化内存和智能网卡的文件系统 Research Article

杨倚天,陆游游

《信息与电子工程前沿（英文）》 2023年第24卷第5期页码 675-687 doi: 10.1631/FITEE.2200469

摘要：持久化内存和智能网卡等新型硬件的涌现，为文件系统架构设计带来新机遇。本文设计并实现一个基于持久化内存和智能网卡的新型文件系统NICFS。我们将NICFS分为前端与后端。在前端，数据的写入以日志结构的方式追加写到持久化内存上，从而发挥持久化内存的快速持久化优势；在后端，日志中的数据在后台被获取、处理并写入到文件中，从而充分利用智能网卡的处理能力。

关键词：非易失内存；持久化内存；数据处理器；智能网卡；文件系统

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ONFS：面向高性能计算的基于内存、固态硬盘和磁盘的层次式混合文件系统 Article

Xin LIU, Yu-tong LU, Jie YU, Peng-fei WANG, Jie-ting WU, Ying LU

《信息与电子工程前沿（英文）》 2017年第18卷第12期页码 1940-1971 doi: 10.1631/FITEE.1700626

摘要：随着超级计算机向Eflops规模快速发展和计算核数急剧增加，更大规模和更复杂的应用成为可能。大规模科学计算、新的工作流应用以及检查点操作均需要存储系统具有非常高的带宽和低延迟，这使得高性能存储系统面临严峻的技术挑战。当前基于磁盘的底层存储系统难以满足新一代Eflops超级计算机和应用的要求。为此，本文提出了基于计算结点内存、固态硬盘和磁盘的层次式混合存储系统ONFS (on-line and near-line file system)。在天河一号超级计算机上实现了ONFS原型系统，测试了I/O (input/output)性能和可扩展性。测试结果表明，单线程和多线程读/写性能比基于磁盘的Lustre分别高出6倍和5倍。与Lustre相比，运行在ONFS上的典型数据密集型应用可获得6.35倍的I/O加速。

关键词：高性能计算；层次式混合存储系统；分布式元数据管理；数据迁移

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工程化DNA材料构建DNA活字系统实现可持续的数据存储 Article

巩子祎, 宋理富, 裴广胜, 董雨菲, 李炳志, 元英进

《工程（英文）》 2023年第29卷第10期页码 130-136 doi: 10.1016/j.eng.2022.05.023

摘要：

DNA分子作为一种具有潜力的数据存储绿色材料，具有密度高和保存期长的优势。然而，目前DNA数据存储的数据写入依赖于DNA从头合成，写入成本高昂，且产生有害物，限制了其实际应用。在本研究中，我们开发了一种DNA活字存储系统，该系统可以利用由细胞工厂预生产的DNA活字片段进行数据写入。在这个系统中，这些预先生成的DNA片段，在这里称为“DNA活字”，是可重复使用的基本数据单元。通过这个系统，我们成功地将24字节的数字信息编码到DNA中，并通过高通量测序和解码实现了准确读取，这证明了该系统的可行性。通过DNA活字片段的反复使用和生物组装，该系统在降低写入成本方面的潜力非常突出，为经济和可持续的DNA数据存储技术开辟了一条新颖路线。

关键词：合成生物学 DNA信息存储 DNA活字存储系统经济性DNA数据存储

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一种针对基于一致性哈希的键值存储系统的低能耗副本布局策略 Article

Nan-nan ZHAO,Ji-guang WAN,Jun WANG,Chang-sheng XIE

《信息与电子工程前沿（英文）》 2016年第17卷第10期页码 994-1007 doi: 10.1631/FITEE.1601162

摘要：概要：分布式键值存储作为最常用的分布式存储系统之一，目前广泛部署在大规模数据中心中。然而，大规模数据中心的高能耗是一个亟待解决的问题。为达到较好节能效果，同时满足数据可用性要求，本文提出一个针对基于一致性哈希的分布式键值存储系统的低能耗副本布局策略——GreenCHT，它包括一个分层副本布局方案、一个可靠的分布式日志和一个预测能耗模式调节器能耗模式调节器（power mode scheduler, PMS）能够预测I/O负载，并根据负载高低波动变化，相应关闭或开启某些节点层。为保证节能状态下的系统可靠性，对于待机副本的写请求，被重新映射到活动的服务器，以保证系统的容错性。通过修改Sheepdog原有的数据分布算法和副本布局策略，GreenCHT被配置在Sheepdog存储集群中。实验中，GreenCHT能够节省35%–61%能耗，同时维持较好性能和可靠性。

关键词：一致性哈希表；副本布局；能源管理；键值存储系统；可靠性

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云存储中基于属性加密的通用型用户撤销系统 None

Genlang CHEN, Zhiqian XU, Hai JIANG, Kuan-ching LI

《信息与电子工程前沿（英文）》 2018年第19卷第11期页码 1362-1384 doi: 10.1631/FITEE.1800405

摘要：云存储是面向企业和个人用户的服务模型，包括付费和免费两种方式。基于云存储服务模型，用户通过互联网随时随地享受云存储提供的存储服务和管理功能。但是，在实际动态用户撤销应用中该方案有一定局限性。提出两种具有隐私保护功能的基于属性加密的通用型用户撤销系统：通过密文重加密（user revocation via ciphertext re-encryption，UR-CRE）实现的用户撤销系统和通过云存储提供商（user revocation via cloud storage providers，UR-CSP）实现的用户撤销系统。这两种系统可以与任意类型基于属性加密的方案协作，实现动态撤销用户。

关键词：基于属性的加密；通用型用户撤销；用户隐私；云存储；访问控制

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ShortTail：降低纠删码内存存储系统的尾部延迟 Research Article

滕云1,3,李之悦2,4,黄晶1,3,张广艳2,4

《信息与电子工程前沿（英文）》 2022年第23卷第11期页码 1646-1657 doi: 10.1631/FITEE.2100566

摘要：

为获得高性能和高数据可用性，基于纠删码的内存存储系统得到广泛应用。然而，随着集群规模不断增长，服务器级别的性能降级问题出现得越来越频繁，进而导致长尾延迟。在基于纠删码的系统中，由于一个纠删码操作可能依赖于多个子操作的同步完成，长尾延迟的影响被进一步放大。本文提出一种称为ShortTail的基于纠删码的内存存储系统，该系统可实现稳定的性能和较低的读写延迟。首先，ShortTail使用轻量请求监视器监测每个内存节点性能，以便及时发现性能降级节点。本文在Memcached上实现了ShortTail，并将其与两个系统进行比较。实验结果表明，ShortTail最高可降低63.77%的99分位延迟，且显著改善中位延迟和平均延迟。

关键词：纠删码；内存存储系统；节点性能降级；小写请求；尾部延迟

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TextGen：用于新型存储系统基准测试的真实文本数据集生成方法 Article

Long-xiang WANG,Xiao-she DONG,Xing-jun ZHANG,Yin-feng WANG,Tao JU,Guo-fu FENG

《信息与电子工程前沿（英文）》 2016年第17卷第10期页码 982-993 doi: 10.1631/FITEE.1500332

摘要：概要：新型存储系统通过内置数据压缩功能提高性能，并节省存储空间。因此，数据内容会显著影响存储系统基准测试结果。由于真实数据集规模庞大，难以复制到目标测试系统，并且大多数数据集由于隐私性无法进行共享。为了保证测试结果的准确性，需要根据影响存储系统性能的真实数据集特征信息生成数据。现有方法SDGen在字节级别上分析真实数据集内容分布特征，并以此生成数据集，因此能够保证内置字节级压缩算法的存储系统测试结果准确。但是SDGen并未分析真实数据集的词级别内容分布特征，因此不能保证内置词级别压缩算法的存储系统测试结果准确，本文提出了一种基于Lognormal概率分布模型的文本数据集生成方法TextGen。该方法生成数据集所消耗的时间只与生成数据集规模相关，具有线性的时间复杂度O(n)。

关键词：基准测试；存储系统；基于词的压缩算法

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氧化锆量子点用于非易失性电阻式随机存取存储器 Regular Papers

Xiang-lei HE, Rui-jie TANG, Feng YANG, Mayameen S. KADHIM, Jie-xin WANG, Yuan PU, Dan WANG

《信息与电子工程前沿（英文）》 2019年第20卷第12期页码 1698-1705 doi: 10.1631/FITEE.1900363

摘要：提出一种利用氧化锆量子点作为有源层的非易失性电阻式随机存取器。通过旋涂法制备Ag(上)/ZrO2(有源层)/Ti(下)典型的三明治结构存储器件。

关键词：氧化锆量子点；电阻开关；存储器件；旋涂法

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一种采用纠删码缓存的高能效且可靠的存储系统 Article

Ji-guang WAN, Da-ping LI, Xiao-yang QU, Chao YIN, Jun WANG, Chang-sheng XIE

《信息与电子工程前沿（英文）》 2017年第18卷第9期页码 1370-1384 doi: 10.1631/FITEE.1600972

摘要：在现代的多副本节能存储系统中，主副本的磁盘总是保持着开启以对外提供服务，而其他副本的磁盘则可以在负载低时保持关闭状态以节能。然而，因为新的写请求不能够被立即同步到所有的磁盘上，所以系统的可靠性被降低了。本文中，我们设计了一个基于RAID10的具有高可靠性和高能效的副本存储系统——RERAID。因为通过使用纠删码，编码缓存能够支持2个甚至更多磁盘的故障恢复，所以RERAID能够保证与RAID10存储系统想当的可靠性。

关键词：可靠性；高能效；存储系统；纠删码；缓存管理

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面向E级高性能计算存储墙问题研究 Article

Wei HU,Guang-ming LIU,Qiong LI,Yan-huang JIANG,Gui-lin CAI

《信息与电子工程前沿（英文）》 2016年第17卷第11期页码 1154-1175 doi: 10.1631/FITEE.1601336

摘要： I/O性能与计算性能的不匹配是超级计算机从P级向E级发展的主要障碍之一。当前，I/O密集型应用迅速增加，其运行效率受到了I/O性能的制约。为进一步量化I/O性能瓶颈，分析其对大规模并行应用可扩展性的重要影响，本文在定义和分析存储受限加速比的基础上，第一次从并行应用可扩展性的角度提出"存储墙"的定义，量化和讨论了"存储墙"的存在性，并基于存储墙特性对现有高性能计算系统结构提出了新的分类方法和可扩展性分析方法通过基于"天河1A"超级计算机的实验和基于"美洲虎"超级计算机的案例分析，本文验证了存储墙的存在性并分析了其变化特性。这些实验和分析结果对缓解和消除未来高性能计算机的存储墙瓶颈，实现平衡的软硬件设计具有重要指导意义。

关键词：存储受限加速比；存储墙；高性能计算；E级计算

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钱学森创立知识密集型草产业的划时代贡献

李毓堂

《中国工程科学》 2002年第4卷第1期页码 15-22

摘要：

文章论述了钱学森提出创建知识密集型草产业的历史背景、科学内涵、理论意义、应用成果和在21世纪中国可持续发展战略中的重要作用，并根据钱老的主张，提出当前启动全国大规模草产业工程必须创新管理机制。

关键词：钱学森知识密集型草产业草业系统工程可持续发展战略

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SA-RSR：一种适用于异或类纠删码分布式存储系统的数据读取最优恢复方法 Research Articles

张兴军1,梁宁静1,刘云飞1,张长江1,李洋2

《信息与电子工程前沿（英文）》 2022年第23卷第6期页码 858-875 doi: 10.1631/FITEE.2100242

摘要：

冗余策略经常被用于分布式存储系统，以保证数据的可靠性与可用性。纠删码是一种代表性的冗余策略，具有低存储开销优势，这种优势促进了它在分布式存储系统中的应用。在各种纠删码机制中，异或类纠删码凭借高计算效率变得越来越流行。采用异或类纠删码机制的存储系统，如果发生单节点故障，便会进行数据恢复，该过程需要从幸存节点中下载数据，然后恢复故障节点中的数据。最后，为验证该方法的有效性，使用多种异或类纠删码进行仿真验证，并在真实存储系统Ceph中验证。

关键词：分布式存储系统；数据可靠性与可用性；异或类纠删码；单节点失效；数据恢复