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软件定义标签化体系结构原理与方法

本课题围绕云计算面临的尾延迟、低效率、高干扰三个问题,从理论模型、体系结构两个方面开展研究,预期实现以下研究目标:(i)针对尾延迟现象开展深入研究,提出“实用可计算性理论”,刻画面向云计算真实场景的实用可计算性理论,凝练出若干条指导云计算应用开发、架构设计、系统优化的根本法则;(ii)提出面向云计算应用场景的“标签化冯诺依曼体系结构LvNA(Labeled von Neumann Architecture)”,通过全路径标签化机制与软件定义策略管理,在云计算多租户环境下实现应用全生命周期海绵式云计算资源管理,数量级降低应用尾延迟,提高资源利用率;(iii)提出面向LvNA 标签化体系结构的资源显式编程模型与编程方法。上述理论预期产出系列高水平论文,在国际上形成影响力。

在理论研究的基础上,本课题将研制支持LvNA体系结构的原型系统,包含16个自主研制的云服务器节点。每个节点采用一颗自主研制、支持软件定义体系结构的SoC芯片,一些性能攸关的资源如共享Cache、内存带宽、I/O带宽等可在应用执行过程中由软件动态调节。16节点原型系统可部署云管控软件,支持多租户同时运行在线服务型应用与离线分析类应用。本课题目标是原型系统能在满足在线服务型应用的响应时间要求前提下,实现所有节点平均CPU利用率达到60%以上,预期达到世界领先水平。

本课题研究成果对未来云计算数据中心的性能提升、成本降低、绿色节能等需求提供有力的理论与技术指导,通过与国内互联网、云计算企业合作,部分研究成果有望应用到这些企业未来数据中心的设计中,有利于推动云服务相关产业发展与进步。