检索结果-内蒙古大学图书馆

电子与信息学报 2024年第5期46卷 2111-2121页

作者：肖江吴恩平张世桀伏子豪金海大数据技术与系统国家地方联合工程研究中心武汉430074 服务计算技术与系统教育部重点实验室武汉430074 集群与网格计算湖北省重点实验室武汉430074 华中科技大学计算机科学与技术学院武汉430074

基于有向无环图(DAG)的图式区块链能够显著提升系统性能,已成为近年来业界的研究热点。相较于传统串行化的链式区块链,图式区块链可在单位时间内并发处理大量事务从而提升吞吐量。随着事务量的激增,图式区块链面临事务执行效率低的瓶颈... 详细信息

基于有向无环图(DAG)的图式区块链能够显著提升系统性能,已成为近年来业界的研究热点。相较于传统串行化的链式区块链,图式区块链可在单位时间内并发处理大量事务从而提升吞吐量。随着事务量的激增,图式区块链面临事务执行效率低的瓶颈问题,即海量事务执行对状态数据访问的需求大幅增加,导致高昂的输入/输出(I/O)开销。实现低I/O访问主要包括两方面的全新挑战:一方面,图式区块链若直接采用传统的事务预取机制,将因执行逻辑不一致引入大量的陈旧读;另一方面,针对不同账户的状态访问会在默克尔树的高层节点中造成重复的I/O开销。为此,本文设计基于流水线的图式区块链高效事务执行机制—ErlangShen,包括Epoch粒度的状态预取机制和默克尔高层路径缓存机制来分别减少陈旧读的数量和重复的I/O开销。具体而言,ErlangShen充分分析并利用了事务访问频次的冷热特征,将访问热事务的逻辑执行与冷事务的状态预取并行化,以避免状态预取对事务执行的影响。此外,为了进一步提升事务执行的吞吐量,根据访问冷热状态事务的特性设计了定制化的并发控制方法。实验结果表明,ErlangShen机制能够减少约90%的陈旧读数量,与最新图式区块链事务处理机制Nezha相比,可将性能提升3~4倍。

关键词：区块链图式区块链 I/O优化并发控制状态树

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区块链网络综述

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软件学报 2024年第2期35卷 773-799页

作者：司冰茹肖江刘存扬戴小海金海大数据技术与系统国家地方联合工程研究中心湖北武汉430074 服务计算技术与系统教育部重点实验室湖北武汉430074 集群与网格计算湖北省重点实验室湖北武汉430074 华中科技大学计算机学院湖北武汉430074

区块链是典型的分布式系统,底层网络的性能和安全性至关重要.区块链网络的本质是P2P网络,然而在安全模型、传输协议和性能指标等方面与传统P2P网络存在明显差异.首先,针对区块链网络的传输流程进行全面、深入地分析,阐明区块链网络所面... 详细信息

区块链是典型的分布式系统,底层网络的性能和安全性至关重要.区块链网络的本质是P2P网络,然而在安全模型、传输协议和性能指标等方面与传统P2P网络存在明显差异.首先,针对区块链网络的传输流程进行全面、深入地分析,阐明区块链网络所面临的瓶颈挑战.其次,针对区块链网络拓扑结构和传输协议的最新研究工作,从节点异构性、编码方案、广播算法和中继网络等方面系统性地分类梳理,并归纳总结跨链网络实现和网络仿真工具.最后,探讨区块链网络的未来研究趋势.

关键词：区块链拓扑结构传输协议跨链网络仿真工具

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一种可重构异构内存架构和控制器

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电子学报 2024年第9期52卷 3038-3051页

作者：靳晓忠刘海坤赖皓毛伏兵张宇廖小飞金海大数据技术与系统国家地方联合工程研究中心/服务计算与系统教育部重点实验室/集群与网格计算湖北省重点实验室华中科技大学华中科技大学计算机科学与技术学院

融合传统动态随机访问存储器（Dynamic Random Access Memory,DRAM）与新型非易失性内存（NonVolatile Memory,NVM）可构建平行架构或层次架构的异构内存系统.平行架构的异构内存系统往往需要通过页迁移技术把热点数据从NVM迁移到DRAM... 详细信息

融合传统动态随机访问存储器（Dynamic Random Access Memory,DRAM）与新型非易失性内存（NonVolatile Memory,NVM）可构建平行架构或层次架构的异构内存系统.平行架构的异构内存系统往往需要通过页迁移技术把热点数据从NVM迁移到DRAM以提高访存性能，然而在操作系统中实现热页监测和迁移会带来巨大的软件性能开销.硬件实现的层次架构由于增加了访存层次，对于访存局部性差的大数据应用反而增加了访存延迟.为此，本文提出可重构的异构内存架构，可以运行时在平行和层次架构间进行转换以动态适配不同应用的访存特性.设计了基于新型指令集架构RISC-V(Reduced Instruction Set Computing-V)的DRAM/NVM异构内存控制器，利用少量硬件计数器实现了访存踪迹统计和分析，并实现了DRAM和NVM物理页间的动态映射和高效迁移机制.实验表明，DRAM/NVM异构内存控制器可提高43%的应用性能.

关键词：非易失性内存异构内存系统异构内存控制器内存访问监测页迁移

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FS-Net:面向时序知识图谱推理的频次统计网络

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软件学报 2023年第10期34卷 4518-4532页

作者：刘康正赵峰金海大数据技术与系统国家地方联合工程研究中心湖北武汉430074 服务计算技术与系统教育部重点实验室湖北武汉430074 集群与网格计算湖北省重点实验室湖北武汉430074 华中科技大学计算机科学与技术学院湖北武汉430074

时序知识图谱推理吸引了研究人员的极大关注.现有的时序知识图谱推理技术通过建模历史信息取得了巨大的进步.但是,时变性问题和不可见实体(关系)问题仍然是阻碍时序知识图谱推理模型性能进一步提升的两大挑战;而且由于需要对历史子图序... 详细信息

时序知识图谱推理吸引了研究人员的极大关注.现有的时序知识图谱推理技术通过建模历史信息取得了巨大的进步.但是,时变性问题和不可见实体(关系)问题仍然是阻碍时序知识图谱推理模型性能进一步提升的两大挑战;而且由于需要对历史子图序列的结构信息和时间依赖信息进行建模,传统的基于嵌入的方法往往在训练和预测过程中具有较高的时间消耗,这极大地限制了推理模型在现实场景中的应用.针对以上困境,提出了一个用于时序知识图谱推理的频次统计网络,FS-Net.一方面,FS-Net不断基于最新的短期历史的事实频次统计,动态地为变化的时间戳上的预测生成时变的得分;另一方面,FS-Net基于当前时间戳上的事实频次统计,为预测补充历史不可见实体(关系);特别地,FS-Net不需要进行训练,而且具有极高的时间效率.在两个时序知识图谱基准数据集上的大量实验,表明了FS-Net相较于基准模型的巨大提升.

关键词：时序知识图谱事实频次统计时变性不可见信息

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图计算体系结构和系统软件关键技术综述

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计算机研究与发展 2024年第1期61卷 20-42页

作者：张宇姜新宇余辉赵进齐豪廖小飞金海王彪余婷大数据技术与系统国家地方联合工程研究中心(华中科技大学) 武汉430074 服务计算技术与系统教育部重点实验室(华中科技大学) 武汉430074 集群与网格计算湖北省重点实验室(华中科技大学) 武汉430074 华中科技大学计算机科学与技术学院武汉430074 之江实验室杭州311121

图计算作为分析事物之间关联关系的重要工具,近年来已成为各国政府及公司争夺的关键技术.学术界和工业界在图计算体系结构和系统软件关键技术方面取得了一定进展.然而,现实场景图计算大多具有动态变化、应用需求复杂多样等特征.这给图... 详细信息

图计算作为分析事物之间关联关系的重要工具,近年来已成为各国政府及公司争夺的关键技术.学术界和工业界在图计算体系结构和系统软件关键技术方面取得了一定进展.然而,现实场景图计算大多具有动态变化、应用需求复杂多样等特征.这给图计算在基础理论、体系架构和系统软件关键技术方面提出了新的需求,同时也带来了新的挑战.为应对这些挑战,科研人员提出了一系列图计算系统或图计算加速器,通过高性能计算、并行计算等技术来优化图计算过程.综述国内外图计算体系结构和系统软件关键技术的研究发展现状,对国内外研究的最新进展进行归纳、比较和分析,并结合国家发展战略和重大应用需求,选取与我国国计民生密切相关的领域,从典型应用分析总结图计算相关技术的行业进展.最后,就未来的技术挑战和研究方向进行展望.

关键词：图计算体系结构系统软件图遍历图挖掘图神经网络单机系统分布式系统加速器行业应用

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ElasticDAG:弹性图式区块链

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软件学报 2024年第11期35卷 5279-5305页

作者：岳镜涛肖江张世桀程凤陈汉华金海大数据技术与系统国家地方联合工程研究中心(华中科技大学) 湖北武汉430074 服务计算技术与系统教育部重点实验室(华中科技大学) 湖北武汉430074 集群与网格计算湖北省重点实验室(华中科技大学) 湖北武汉430074 华中科技大学计算机科学与技术学院湖北武汉430074

图式区块链采用有向无环图(directed acyclic graph,DAG)的并行拓扑结构,相较于基于串行拓扑结构的传统链式区块链,能够显著提升系统性能,已受到业界广泛关注.然而,现有图式区块链的共识协议与存储模型高度耦合,缺乏灵活性,难以适应多... 详细信息

图式区块链采用有向无环图(directed acyclic graph,DAG)的并行拓扑结构,相较于基于串行拓扑结构的传统链式区块链,能够显著提升系统性能,已受到业界广泛关注.然而,现有图式区块链的共识协议与存储模型高度耦合,缺乏灵活性,难以适应多元化应用需求.同时,大部分图式区块链在共识协议层面上缺乏灵活性,局限于概率性共识协议,难以兼顾确认延迟和安全性,尤其对于延迟敏感型应用很不友好.为此,提出弹性图式区块链系统ElasticDAG,其核心思想是将存储模型和共识协议进行解耦,让两者并行、独立地运行,从而灵活适配多元化应用.针对提升系统吞吐量和活性的需求,为存储模型设计自适应区块确认策略和基于划分的确认区块排序算法;针对降低交易确认延迟的需求,设计低延迟DAG区块链混合共识协议.实验结果表明,ElasticDAG原型系统在广域网下的吞吐量高达11 Mb/s,并具有10秒级确认性能.与OHIE相比,Elastic DAG在实现同等吞吐量的情况下,可将确认延迟降低17倍;与Haootia相比,Elastic DAG在实现同等共识延迟的情况下,可将安全性从91.04%提升到99.999914%.

关键词：图式区块链混合共识协议 BFT协议存储模型弹性区块链系统

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LMSA:NVM环境下高性能动态图处理数据结构

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计算机学报 2022年第7期45卷 1446-1461页

作者：祝贺华强胜金海廖小飞大数据技术与系统国家地方联合工程研究中心武汉430074 服务计算技术与系统教育部重点实验室武汉430074 集群与网格计算湖北省重点实验室武汉430074 华中科技大学计算机科学与技术学院武汉430074

在过去十数年,来自网络与社交网络的图信息量在急剧增长,这种本质上动态变化的图对存储、分析与处理的实时性需求越来越高.新兴的非易失性内存(Non-Volatile Memory,NVM)技术具有高密度、高可扩展性和接近零待机功耗的优点,同时由于字... 详细信息

在过去十数年,来自网络与社交网络的图信息量在急剧增长,这种本质上动态变化的图对存储、分析与处理的实时性需求越来越高.新兴的非易失性内存(Non-Volatile Memory,NVM)技术具有高密度、高可扩展性和接近零待机功耗的优点,同时由于字节寻址等特性被认为是替代DRAM的潜在候选者,它们可以满足动态图信息快速增长的存储与处理要求.然而,由于NVM的硬件限制和数据一致性要求,传统动态图数据结构在NVM环境下效率低下.为了解决NVM环境下动态图数据结构存在的读写不对称和耐久性低等问题,本文设计与实现了层级合并排序数组(Level Merge Sorted Array,LMSA),它是一种支持在对数时间内同时完成读与写操作的动态图数据结构,它使用层级数组存储动态图中边信息来提升查询速度与减少因动态图数据结构性质维护而产生的写次数.为了低开销地保证数据一致性,LMSA利用无日志记录一致性方案进行插入、删除和更新等操作.在配置了英特尔傲腾持久内存DCPMM(Intel Optane DC Persistent Memory Module)机器上的实验结果表明,与最新的动态图数据结构Stinger和GraphTinker相比,LMSA插入操作吞吐量是Stinger的4.3~12.6倍,是GraphTinker的1.4~4.35倍,其删除操作吞吐量是Stinger的5.7~20.1倍,是GraphTinker的1.4~4.58倍.

关键词：动态图非易失性内存数据结构写优化崩溃一致性

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边缘智能:现状与挑战

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武汉大学学报（理学版） 2023年第2期69卷 270-282页

作者：牛鑫吕现伟余辰大数据技术与系统国家地方联合工程研究中心服务计算技术与系统教育部重点实验室集群与网格计算湖北省重点实验室华中科技大学计算机科学与技术学院湖北武汉430074

作为一种新兴的计算范式,边缘计算将计算资源从云中心转移到网络边缘侧的服务器,为联网的终端设备提供计算支持。与此同时,以深度神经网络为代表的人工智能迅猛发展,在工业物联网、智慧城市、智能家居等领域得到了广泛地应用,为人们的... 详细信息

作为一种新兴的计算范式,边缘计算将计算资源从云中心转移到网络边缘侧的服务器,为联网的终端设备提供计算支持。与此同时,以深度神经网络为代表的人工智能迅猛发展,在工业物联网、智慧城市、智能家居等领域得到了广泛地应用,为人们的生产和生活带来了极大的便利。边缘计算和人工智能彼此之间相互赋能并催生了新的研究领域——边缘智能。在边缘智能中,边缘计算和人工智能二者相互受益,边缘计算利用人工智能对边端进行智能地维护和管理,人工智能在边缘计算平台上提供智能化的服务。本文从人工智能用于边缘的维护和管理、边缘人工智能两方面对边缘智能的发展现状进行阐述,总结了边缘智能发展过程中所面临的一系列挑战,对未来的发展做出展望。

关键词：边缘服务器终端设备边缘计算人工智能边缘智能

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面向CPU-GPU异构环境下的高性能超图神经网络加速系统

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中国科学:信息科学 2025年第4期55卷 841-859页

作者：余辉张宇李鑫滔陈子康赵英淇赵进齐豪廖小飞金海华中科技大学大数据技术与系统国家地方联合工程研究中心武汉430074 华中科技大学服务计算技术与系统教育部重点实验室武汉430074 华中科技大学集群与网格计算湖北省重点实验室武汉430074 华中科技大学计算机科学与技术学院武汉430074

图神经网络因其在处理非欧几里得空间数据方面的卓越学习和推理能力而备受关注.然而,现实世界中的图结构通常包含顶点之间复杂的高阶关联关系,这类图通常被定义为超图.为了在超图上有效捕获这些高阶复杂特征和潜在语义信息,众多超图神... 详细信息

图神经网络因其在处理非欧几里得空间数据方面的卓越学习和推理能力而备受关注.然而,现实世界中的图结构通常包含顶点之间复杂的高阶关联关系,这类图通常被定义为超图.为了在超图上有效捕获这些高阶复杂特征和潜在语义信息,众多超图神经网络模型被相继提出.尽管目前已有多个利用GPU加速器的高并行计算能力来加速超图神经网络训练的系统软件,但在加速模型训练过程中,这些系统仍面临大量冗余计算和频繁的数据通信问题,导致GPU利用率较低.此外,这些系统仅支持图规模较小的超图神经网络模型训练.针对上述问题,本文发现超图神经网络训练过程中,由于超图中多条超边之间存在较强的拓扑重叠特性,因此这些超边的计算会重复获取和计算相同图顶点的特征向量.基于这一观察,本文提出了一个面向CPU-GPU异构环境的高性能超图神经网络系统(redundancy-elimination hypergraph neural network,RHGNN).该系统充分利用超边间的重叠特性指导超边和顶点特征计算与更新,有效减少CPU-GPU数据通信量.具体而言,RHGNN提出了一种新颖的以超边为中心的冗余消除执行方法,使系统以最优方式完成顶点特征向量的通信加载,实现一次加载服务多次超边和顶点特征计算.同时,RHGNN通过高效的超度感知层次数据缓存机制,在GPU端优先缓存频繁访问的顶点和超边特征向量以及超边中共享顶点的中间结果值,进一步减少数据通信开销.为验证RHGNN的有效性,本文将其与当前最先进的超图神经网络软件系统DGL,PyG以及HyperGef进行了性能对比.实验结果表明,在支持超图神经网络模型训练方面,RHGNN相较于PyG,DGL和HyperGef的性能分别提升了2.5~3.4倍,2.1~3.1倍和1.4~2.3倍.

关键词：超图神经网络训练加速 CPU-GPU异构冗余消除拓扑相似性

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一种可动态配置的分布式内存池缓存一致性机制

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计算机研究与发展 2023年第9期60卷 1960-1972页

作者：段卓辉刘海坤赵金玮刘一航廖小飞金海大数据技术与系统国家地方联合工程研究中心(华中科技大学) 武汉430074 服务计算技术与系统教育部重点实验室(华中科技大学) 武汉430074 集群与网格计算湖北省重点实验室(华中科技大学) 武汉430074 华中科技大学计算机科学与技术学院武汉430074

在分布式内存系统中,缓存是减少远端内存访问开销的一种有效手段.然而,单一的缓存一致性保证机制往往不能高效适配不同类型负载的访存特性.为此,面向分布式异构内存池系统,设计了基于目录和基于广播相结合的混合缓存一致性保证机制.利... 详细信息

在分布式内存系统中,缓存是减少远端内存访问开销的一种有效手段.然而,单一的缓存一致性保证机制往往不能高效适配不同类型负载的访存特性.为此,面向分布式异构内存池系统,设计了基于目录和基于广播相结合的混合缓存一致性保证机制.利用四象限矩阵分析方法,对每个数据对象进行访存模式的判定分析,并为其配置最高效的缓存一致性保证策略,并且可以根据对象访存特征的变化在2种策略之间动态切换.实验结果表明,相比使用单一的缓存一致性保证机制,采用可动态配置的混合缓存一致性保证机制可提升分布式异构内存池系统的读和写,性能平均达32.31%和31.20%.此外,混合的缓存一致性保证机制在客户端数量不断增加时仍然表现出良好的可扩展性.

关键词：分布式异构内存池分布式缓存机制分布式一致性协议基于目录的缓存一致性基于广播的缓存一致性

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