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期刊信息/Journal information
计算机研究与发展
计算机研究与发展

徐志伟

月刊

1000-1239

crad@ict.ac.cn

010-62620696;62600350

100190

北京中关村科学院南路6号

计算机研究与发展/Journal Journal of Computer Research and DevelopmentCSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>本刊是中国科学院计算技术研究所和中国计算机学会联合主办、科学出版社出版的学术性刊物、中国计算机学会会刊，我国第一个计算机刊物。主要刊登计算机科学技术领域高水平的学术论文、最新科研成果和重大应用成果。
正式出版
收录年代

    香山高性能处理器:一个新的科技平台实践

    高剑林
    475页
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    香山开源高性能RISC-V处理器设计与实现

    王凯帆徐易难余子濠唐丹...
    476-493页
    查看更多>>摘要：近年来以RISC-V为代表的开源指令集引领了开源处理器的设计潮流. 然而,目前国内外的开源处理器性能尚未满足学术界和工业界的需求. 为填补空白,香山处理器项目启动. 香山是一款开源高性能RISC-V处理器,采用6发射超标量乱序执行设计,目前在著名开源项目托管平台GitHub上获得超过3200个星标(Star),形成超过400个分支(Fork),成为国际上最热门的开源硬件项目之一,得到国内外企业和研究者的积极支持. 香山处理器在近两年时间中历经两代版本演进,第一代"雁栖湖"微架构已经成功流片,回片性能符合预期;第二代"南湖"微架构已进入最后的优化迭代阶段,即将投片,据已知消息,其仿真评估性能在当前开源处理器中排名第一. 主要讨论香山前两代微架构的实现细节与设计演进,并系统介绍开发香山过程中的各类挑战与经验.

    RISC-V高性能处理器开源芯片设计敏捷开发

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    前言

    舒继武王意洁
    494-495页
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    基于融合学习的无监督多维时间序列异常检测

    周小晖王意洁徐鸿祚刘铭宇...
    496-508页
    查看更多>>摘要：随着多云时代的到来,云际智能运维能够提前检测处理云平台的故障,从而确保其高可用性. 由于云系统的复杂性,运维数据在数据局部性和数据全局性上呈现出多样的时间依赖和维度间依赖,这给多维时间序列异常检测带来很大的挑战. 然而,现有的多维时间序列异常检测方法大多是从正常时序数据中学习到特征表示并基于重构误差或预测误差检测异常,这些方法无法同时捕获多维时间序列在局部性和全局性上的信息依赖,从而导致异常检测效果差. 针对上述问题,提出了一种基于融合学习的无监督多维时间序列异常检测方法,同时对多维时间序列的数据局部特征和数据全局特征进行建模,得到更加丰富的时序重构信息,并基于重构误差检测异常. 具体地,通过在时域卷积网络中引入自注意力机制使得模型在构建局部关联性的同时更加关注数据全局特征,并在时域卷积模块和自注意力模块间加入信息共享机制实现信息融合,从而能够更好地对多维时序的正常模式进行重构. 在多个多维时间序列真实数据集上的实验结果表明,相较于之前的多维时间序列异常检测,提出的方法在F1分数上提升了高达0.0882.

    多维时间序列无监督异常检测信息依赖融合学习自注意力

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    ZB+-tree:一种ZNS SSD感知的新型索引结构

    刘扬金培权
    509-524页
    查看更多>>摘要：ZNS SSD是近年来提出的一种新型固态硬盘(solid state drive,SSD),它以分区(Zone)的方式管理和存取SSD内的数据.相比于传统SSD,ZNS SSD可以有效提升SSD的读写吞吐,降低写放大,减少SSD的预留空间.但是,ZNS SSD要求Zone内必须采用顺序写模式,并且Zone上的空间分配、垃圾回收等任务都需要用户自行控制.ZNS SSD的这些特性对于传统数据库系统的存储管理、索引、缓存等技术均提出了新的挑战.针对如何使传统的B+-tree索引结构适配ZNS SSD的问题,提出了一种ZNS SSD感知的新型索引结构——ZB+-tree (ZNS-aware B+-tree).ZB+-tree是目前已知的首个ZNS SSD感知的索引,它以B+-tree为基础,利用ZNS SSD内部支持少量随机写的常规Zone(conventional zone,Cov-Zone)和只支持顺序写的顺序Zone(sequential zone,Seq-Zone),通过常规Zone来吸收对ZNS SSD的随机写操作.ZB+-tree将索引节点分散存储在常规Zone和顺序Zone中,并为2种Zone内的节点分别设计了节点结构,使ZB+-tree不仅能够吸收对索引的随机写操作,而且又可以保证顺序Zone内的顺序写要求.在实验中利用null_blk和libzbd模拟ZNS SSD设备,并将现有的CoW B+-tree修改后作为对比索引.结果表明,ZB+-tree在运行时间、空间利用率等多个指标上均优于CoW B+-tree.

    ZNSSSDB+树数据库索引CoWB+-tree分区存储

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    UStore:面向新型硬件的统一存储系统

    屠要峰韩银俊金浩陈正华...
    525-538页
    查看更多>>摘要：数据规模的爆发式增长使得分布式存储广泛应用,长期以来分布式存储直接使用本地文件系统访问本地存储资源,随着高性能NVMe SSD、持久内存(persistent memory,PMEM)、异构加速设备的出现,本地文件系统难以发挥新型器件的特性和性能优势. 现有很多研究针对SSD或者PMEM的硬件特性在软件层面进行优化和改进. 然而,这些工作兼容性和扩展性差,不能灵活适配硬件环境变化,缺乏面向新型硬件的统一解决方案. 提出了一种兼容多种存储介质的统一存储系统UStore,可根据业务场景灵活选择存储介质,并针对PMEM、KVS加速卡、NVMe SSD等典型硬件进行组合设计优化,充分利用其硬件特性,满足多层次的业务需求;通过一种与物理存储介质形态解耦的元数据设计,使其适应不同硬件的性能和原子更新能力差异,实现灵活的元数据存储策略;通过高效的数据管理机制和更新策略,实现无日志的数据原子写保证,消除了现有系统的写放大以及性能抖动等问题.实验结果表明,相比于BlueStore,UStore的4KB随机读性能提升了3.2倍,4KB随机写提高了8.2倍,3种典型硬件组合下UStore表现出与之相匹配的数据访问特征,充分发挥了存储硬件的特性和性能.

    持久性内存NVMe SSD分布式存储元数据原子写

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    一种wandering B+tree问题解决方法

    杨勇鹏蒋德钧
    539-554页
    查看更多>>摘要：为了应对磁盘和固态硬盘随机写和顺序写性能差异较大的问题,文件系统和块存储系统通常采用日志结构(log-structured)技术将随机写转换为顺序写. 因此,对于日志结构存储系统数据和元数据的修改都以异地写的方式执行. 在日志结构存储系统中,B+ tree常被用于管理元数据,这就会导致wandering B+ tree问题,即树结点异地更新会导致树结构递归更新. 目前,现有工作主要通过分离树结点的逻辑索引和物理地址,并使用额外的数据结构和物理设备空间存放树结点逻辑索引和物理地址的映射,从而避免递归更新树结构. 但现有方法既引入额外空间开销,又存在额外物理设备空间非顺序写的问题. 提出IBT B+ tree,将树结点逻辑索引和物理地址均存放在树结构中. 同时,基于IBT B+ tree结构引入dirty链表设计,并提出了非递归更新的IBT B+ tree下刷算法. IBT B+ tree既解决了wandering B+ tree问题,又不引入额外的数据结构和物理设备空间,消除了固定物理设备空间的非顺序写. 分别实现IBT B+ tree和基于F2FS中NAT设计的B+ tree,在此基础上设计实现Monty-Dev块存储系统以评价2棵B+ tree. 实验表明,在HDD和SSD介质上,IBT B+ tree在写放大和下刷效率方面均优于NAT B+ tree.

    日志结构存储系统块存储系统wandering B+ treeIBT B+ tree写放大

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    多租户固态盘服务质量保障技术综述

    文宇鸿周游吴秋霖吴非...
    555-571页
    查看更多>>摘要：得益于高密度闪存技术发展、高并行存储架构以及良好的接口技术支持,多个租户共享使用一个固态盘已经成为提高存储资源利用率和降低运营成本的常见方式.然而,多个租户竞争使用固态盘内有限的存储资源,产生相互干扰,因此如何保障多租户固态盘服务质量成为近年来的研究热点.首先,分析多租户固态盘服务质量保障面临性能干扰、性能不公平及总体性能损失三大问题;然后,从如何保障性能隔离、如何保障性能公平及如何优化总体性能3类目标,对现有工作进行全面分类介绍,并梳理它们的技术演进方向;最后,对多租户固态盘服务质量保障技术的研究现状进行总结,并展望潜在的未来研究方向.

    闪存固态盘多租户存储服务质量性能隔离公平保障

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    新型内存硬件环境中的事务管理系统综述

    胡浩梁文凯李诗逸王鸿鹏...
    572-591页
    查看更多>>摘要：大数据爆发的时代产生了各种新的业务类型,业务数据驱动着事务管理系统创新性的迭代发展.由于传统持久化介质的制约,传统的事务管理系统无法高效执行事务.并且,解决事务冲突的额外开销仍然会限制事务管理系统的吞吐. 新型硬件的商业化应用为事务管理系统注入了更多的可能性,在学术界和工业界均得到了广泛关注. 硬件事务内存可以为事务管理系统提供硬件级别的事务冲突检测.而且,相对于固态硬盘,非易失性内存的字节寻址和持久化特性可以显著降低事务延迟并提升事务管理系统的性能. 但是,现有的事务管理系统技术无法充分地利用硬件本身带来的性能提升,因此需要重构事务架构来解决这个问题.首先对新型硬件环境下的事务管理系统进行总结分析;之后总结了当前基于新型硬件事务管理系统的技术路线,明确了硬件事务内存和非易失性存储硬件下的事务管理系统的优势和不足;最后指明了新型硬件环境中事务管理系统未来可能的发展方向以及新的挑战.

    硬件事务内存非易失性内存并发控制软硬协同事务管理系统

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    一种针对物联网智能系统的规则冲突检测方法

    杨波郭浩然冯俊辉李戈...
    592-605页
    查看更多>>摘要：物联网系统架构的核心是逻辑控制器,逻辑控制器中使用规则控制业务逻辑,减少物联网系统的开发、维护成本,提高物联网设备的灵活性. 但随着物联网系统的规模扩大,规则间的关系变得复杂,从而可能产生规则冲突. 为避免规则发生冲突,一些研究者提出了规则冲突检测方法. 但是,以往的规则冲突检测方法还存在规则冲突类型分析不全面、检测结果准确性较低的问题. 为此提出一种针对物联网系统控制逻辑的形式化规则冲突检测方法(formal rule conflict detection,FRCD). 该方法首先形式化定义规则及规则冲突,其中将规则定义为控制主体、动作、触发条件、符号的组合;然后根据规则对系统的影响以及规则的结构特征,总结出7类规则冲突类型;最后设计规则冲突检测的算法,并介绍规则冲突检测的详细过程. 在2个物联网系统上开展实验,与已有的3种典型的物联网规则冲突检测方法进行对比. 这3种方法分别是基于用户、触发器、环境实体和作动器的冲突检测方法(user, triggers, environment entities, and actuators, UTEA)、基于Web语义的策略冲突检测方法(semantic Web-based policy interaction detection with rules, SPIDER)和半形式化的冲突检测方法(identifying requirements interactions using semiformal, IRIS). 实验结果显示,FRCD规则冲突检测方法效果更好.

    物联网智能系统规则冲突冲突检测规则形式化

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