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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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一种磨损感知的持久化内存文件系统高效多粒度分配器 Research Article

余志旺1,张润宇1,杨朝树1,聂顺2,刘铎2

《信息与电子工程前沿（英文）》 2023年第24卷第5期页码 688-702 doi: 10.1631/FITEE.2200468

摘要：持久化内存文件系统通过充分利用持久化内存所具有的非易失性、可字节寻址以及与动态随机存取存储器（DRAM）相媲美的访问延迟等特性，极大提升了文件系统性能。然而，由于持久化内存普遍存在写耐受度低的缺陷，现有持久化内存文件系统空间管理策略导致的不平衡写操作极易将底层持久化内存磨损穿，严重威胁数据可靠性。我们在Linux内核集成的一种典型持久化内存文件系统NOVA中实现了所提WMAlloc和WMAlloc-BMT。实验结果表明，与原始NOVA以及目前持久化内存文件系统最优秀的磨损均衡感知分配器DWARM相比，WMAlloc将持久化内存在4个工作负载下的平均使用寿命分别提高至4.11倍和1.81倍，将平均性能分别提高至此外，与WMAlloc相比，WMAlloc-BMT将文件系统在4个工作负载下的平均性能提高至1.08倍，并将持久化内存平均使用寿命提高至1.17倍。

关键词：文件系统；持久化内存；磨损均衡；多粒度分配器

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NEHASH:面向非易失性内存的高并发可扩展哈希 Research Article

蔡涛,高鹏飞,牛德娇,马跃明,雷天乐,戴健飞

《信息与电子工程前沿（英文）》 2023年第24卷第5期页码 703-715 doi: 10.1631/FITEE.2200462

摘要：可扩展哈希是管理越来越庞大的文件系统元数据的有效方式，但其存在并发度较低和缺乏针对非易失内存（NVM）的优化等问题。本文设计了基于惰性扩展的多层哈希目录，以提高哈希目录管理的并发度和效率；设计了基于组的哈希桶管理算法，通过缩小哈希桶大小，提高哈希键管理的效率，从而提高动态可扩展哈希的性能；利用动态随机存取存储器（DRAM）和NVM各自的优势设计了面向NVM的分层存储策略；并在英特尔傲腾持久内存（Intel Optane DC Persistent Memory）及其驱动的基础上，实现了面向NVM高并发可扩展哈希的原型，

关键词：可扩展哈希；非易失内存（NVM）；高并发

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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。提出一个基于NVRAM的新型容错进程模型——版本化进程（versionized process，VerP）。该进程模型通过在传统软硬件之间引入一个软件中间层，将软硬件解耦合，在NVRAM上重新组织进程所有数据，从而支持进程在NVRAM的天然容错。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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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。为了实现细粒度检查点，我们将不同的对象（或数据结构）分布在不同的虚拟页面中，并利用硬件提供的页保护机制来实现对数据修改的监控。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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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。

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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勘误：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 None

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）》 2018年第19卷第2期 doi: 10.1631/FITEE.17e0626

摘要： None

关键词： None

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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：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)。它具有三个存储层次和统一的命名空间，支持可移植操作系统接口（portable operating system interface, POSIX）协议，可提供高带宽、低延迟和超大存储容量。本文详细分析了分布式元数据管理、内存借用和归还策略、数据一致性、并行访问控制，以及向下迁移和向上主动预迁移机制。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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多处理器系统中的数据局部性及其优化技术研究

杨学军,戴华东,夏军

《中国工程科学》 2002年第4卷第5期页码 44-52

摘要：

数据局部性是多处理器系统中的重要研究方向之一。结合该领域目前国内外研究现状和我们近一阶段的研究进展，讨论了多处理器系统中的数据局部性及其优化问题。在静态和动态局部性优化技术方面，分别探讨了基于投影分层的数据变换框架和基于瞬时访问信息的动态页迁移策略，并展开了系列相关的讨论。另外，针对利用数据局部性时必须解决的一个关键问题——存储一致性问题，进行了深入的研究，提出了以操作系统为中心的线程存储一致性模型。

关键词：计算机多处理器系统数据局部性局部性度量模型数据变换框架页迁移线程一致性模型

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CPU-GPU异构系统感知和预测的批处理内存调度策略 Research Article

吴子梁1,陈为1,马昱欣2,徐彤1,严凡1,吕檑1,钱中昊1,夏佳志3

《信息与电子工程前沿（英文）》 2023年第24卷第7期页码 1007-1027 doi: 10.1631/FITEE.2200409

摘要：自动可视化技术能够为不熟悉可视化设计的用户生成有意义的可视化，以支持他们的数据分析和模式发现需求。当前，主流的自动可视化方法采用聚合与过滤从原始数据抽取模式信息。然而，这些有限的数据变换并不能捕获聚类、关联等复杂的模式。尽管特征工程领域的最新进展为更加广泛的自动数据变换提供了可能，其结果却缺少可解释性，导致变换后的模式无法与原始数据特征建立联系。为应对上述挑战，我们面向自动可视化中广泛的数据变换类型，提出一种创新的可解释推荐方法。我们通过回顾既往文献总结可行的数据变换空间，通过开展预实验总结变换可解释性的度量。我们的推荐算法能够计算最优的数据变换，这种变换能够在维持可解释性的同时揭示数据的模式信息。真实场景下的使用案例与用户实验验证了我们方法的有效性。

关键词：数据变换；数据变换推荐；自动可视化；可解释性

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基于渐进式蚁群优化的多处理器任务分配 Article

Hamid Reza BOVEIRI

《信息与电子工程前沿（英文）》 2017年第18卷第4期页码 498-510 doi: 10.1631/FITEE.1500394

摘要：任务调度优化是多处理器环境（如并行和分布式系统）取得良好性能所面临的最重要挑战之一。，该方法的基本思路是，以列表的形式准备一系列待调度的节点，赋予这些节点不同优先级，然后不断去除列表中优先级最高的节点，并将其分配给具有最早开始时间（Earliest start time, EST）的处理器由此可见，该算法的完成时间主要由两大因素决定：（1）任务分配顺序的选择（次序子问题）；（2）选定顺序的任务如何分配给处理器（分配子问题）。

关键词：蚁群优化；列表调度；多处理器任务图调度；并行与分布式系统

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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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遗传算法与分组数据处理神经网络相结合的人工智能预测盾构掘进过程中滚刀的寿命 Article

Khalid Elbaz, 沈水龙, 周安楠, 尹振宇, 吕海敏

《工程（英文）》 2021年第7卷第2期页码 238-251 doi: 10.1016/j.eng.2020.02.016

摘要：本研究提出了一种估算滚刀寿命（H_f）的新模型，模型将分组数据处理（GMDH）型神经网络（NN）与遗传算法（GA）整合在一起。使用所提出的模型，可以分析盾构机性能数据库、滚刀的消耗、地质条件和操作参数等监测数据。为了验证所提出模型的性状，进行了案例研究，用数据说明了混合模型的优越性。

关键词：滚刀寿命盾构隧道施工参数分组数据处理与遗传算法

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并联机床后置处理器的开发及实验研究

李铁民,叶佩青,汪劲松

《中国工程科学》 2003年第5卷第12期页码 80-86

摘要：

以六自由度6-TPS型并联机床为模型，阐述了机床控制数据的生成原理和流程；以此为基础，规划了后置处理器的功能和整体结构。对若干关键技术进行了研究和探讨，包括基于参数化二进制格式的内部数据传输，基于刀轴矢量的笛卡儿空间粗插补算法，三维和二维刀具半径补偿，刀位文件的预处理以及加工代码的词法和语法检查等。最后介绍了利用本系统进行的切削实验，验证了系统的工程实用性。

关键词：并联机床后置处理算法后置处理器

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后E级时代高性能处理器架构的探索 None

Xiang-hui XIE, Xun JIA

《信息与电子工程前沿（英文）》 2018年第19卷第10期页码 1224-1229 doi: 10.1631/FITEE.1800424

摘要：高性能处理器作为超级计算系统核心部件，其架构设计对提高系统性能至关重要。首先介绍后E级时代高性能处理器架构设计的3个目标，即性能有效扩展、资源高效利用和适应多种应用。其次，提出标量运算众核主芯片连接应用加速从芯片的Massa处理器架构，通过计算资源分布和应用定制硬件的结合，满足后E级时代高性能处理器架构设计的目标。

关键词：高性能计算；后E级；处理器架构；应用定制硬件；计算资源分布