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研究群 ｜ Research Laboratories

電腦系統實驗室 Computer System Laboratory

研究人員 研究群介紹

游本中 Pen-Chung Yew 本計算機系統實驗室之主要研究聚焦於多核心系統及雲端計算相關之系統支援與其應用。在 我們研究的重點包括開發新的高效率並有效的平行程式偵錯技
Distinguished Research Fellow 可預見的未來中，多核心系統及雲端計算的技術將在計算機領域中佔有重要地位。在多核心 術，允許程式開發者能提供對於程式的瞭解以指引編譯器能編譯
Computer Science , University of Illinois at Urbana-
Champaign 系統的領域裡，我們目前的研究主要分為下列三項：(1)系統設計及針對多核心系統的系統 出在多核心或多用途的圖形處理元件上更高效能的平行程式碼。
支援 (2)開發平行程式之相關支援，如偵錯器，程式設計模組以及編譯技術 (3)系統虛擬化
王建民 Chien-Min Wang
Associate Research Fellow 支援。在雲端計算的部分，我們的研究方向如下：(1)大規模高度互動式網路應用程式及服
Electrical Engineering , National Taiwan University 務之系統支援 (2)應用於雲端伺服器上之分散式檔案系統的適性資料儲存管理 3. 虛擬化之系統支援
李丕榮 PeiZong Lee 系統虛擬化在多核心及雲端計算中是一非常重要的技術。它允許
Research Fellow 應用程式能在沒有底層硬體平台資訊的情況下執行。舉例而言，
Computer Science , New York University 1. 系統設計及針對多核心系統的支援
一個專為 Intel X86 指令集平台編譯的視窗應用程式將可以執行於
吳真貞 Jan-Jan Wu 我們目前的研究重點在於提供針對各式嶄新的系統功能如虛擬化及雲端計算之結構及系 搭載 Linux 的 ARM 指令集平台系統上。虛擬化技術亦被用於輸入
Associate Research Fellow
Computer Science , Yale University 統支援，其中包括開發於高互動低功率隨身裝置上之新興應用軟體。異質多核心系統經 輸出系統，檔案系統，高階語言虛擬機器及程序虛擬化。
常的被使用於提供針對如電腦影像，安全，影像及訊號處理的應用程式支援。
陳昇瑋 Sheng-Wei Chen 我們的研究重點在於支援系統虛擬化的核心技術，更精確的說是
Assistant Research Fellow 設計一多核心系統需要在硬體設計之前先進行大量的系統層模擬。軟體也必須在模擬器 針對多核心系統的動態編譯技術如二進制碼轉譯及二進制碼最佳
Electrical Engineering , National Taiwan University
上開發，以期能和硬體設計同時進行來縮短關鍵的產品上市時機。因此在開發多核心系 化。現有的動態二進制編譯技術多半聚焦於單核心系統。我們正
統的程序中，功能性模擬器及時序精準模擬器扮演著舉足輕重的角色。然而就算在單核 尋求將其拓展至多核心系統上之方法。我們其中的一個主要目標
心系統的開發中，這些模擬器依然需要耗費相當多的開發時間。當多核心系統演進至更 是在一個統一的動態編譯架構下將二進制程式碼能在多個不同的
多核心數的同時，模擬所需的時間也將呈超線性的成長。加快模擬速度就能同時的達到 指令集架構間轉換。此一目標將在二進制程式碼階段被實現而非
縮短設計時間並提出更優秀的系統設計。 高階語言虛擬機器如 Java 或 C#，因此可在現有的二進制程式碼中
提供更高的透明度及可攜性。
我們的方法是利用多核心系統中固有的執行緒平行度，在現有的多核心系統中去模擬新
的多核心設計。為了加速此一模擬，許多現存於單核心模擬之加速方法已經被拓展至多
核心模擬上。其中包含了利用程式執行階段(phase)中相似的程式行為，將快速的功能模 4. 支援具高度互動性應用之高效率資源運用之雲端中介
擬器和準確的時序精準模擬器加以整合來縮短模擬時間並取得精準的模擬結果。
軟體
現有雲端計算透過虛擬化的技術，對無狀態(stateless)的應用已能
2. 多核心系統上之平行程式開發支援 提供良好支援。然而對於大規模且互動頻繁的網路虛擬環境(NVE)
，如線上遊戲，則必須具備提供處理持續狀態的能力，其管理與
軟體應用程式是多核心科技能否成功的一個關鍵因素。然而，平行程式一向以開發困難 虛擬機器遷移的複雜度將遠超過以往的應用。以 NVE 為例，系統
著稱，其原因在於許多交互影響的因素如同步性，資源衝突及較長的記憶體延遲會使平
須能長時間保存玩家的狀態直到登出，在此期間該玩家可能會與
行程式往往很難達到預期的執行效能。因此支援平行程式效能微調及幫助開發者瞭解平 其他或甚至一群玩家互動，因此保存各玩家之狀態資訊與即時互
行程式執行特性的工具將能提供實際的幫助。
動的需求將是維持 NVE 系統擴展性之一大挑戰。
由於多執行緒於多核心系統上之互動，同步及競爭資源的不確定性，平行程式一向被認
由於單一實體伺服器無法容納數以百萬計的玩家同時上線，因
為是難以除錯的。有效率的除錯工具對於支援多核心平台上之程式開發是相當重要的。
因此，開發偵測競賽情況，死結及其他錯誤的多核心偵錯工具一直是活躍的研究領域。 此須把 NVE 分割到數台機器上。然而這會遇到幾點困難：第
一，NVE 玩家並不是均勻分佈；第二，玩家分佈情況會依時間而
許多特定領域之平行程式模組被提出以幫助程式設計者將現有的應用程式移植到多核心 改變。雖然虛擬化技術可解決 NVE 分割和負載平衡的問題，但仍
平台上或在新的多核心平台上撰寫新的程式碼。近來成功的平行程式模組如 Nvidia 的 有不少挑戰等待解決，如虛擬機器的遷移管理以及降低虛擬與實
CUDA 以及 Google 的 MapReduce 已經在電腦繪圖及搜尋引擎中被廣泛的運用，並尋求 體機器間溝通所造成的額外負擔。
被運用在其他領域的機會。
我們研究重點在於提供一雲端中介軟體，使其能達到頻繁互動和
高效率資源運用的目標，以提升伺服器能源使用效率和滿足即時
互動的需求。其中的挑戰，如虛擬環境下效能保證與公平分配、
能源與資源管理、工作量預測、快速即時遷移虛擬機器、容錯處
理、記憶體內資料庫設計以及動態資料分割、複製和區域化等，
皆須有創新的解決方法。

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