RISC-V架构下的懒惰影子页表模型

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内存虚拟化作为虚拟化技术的核心组成部分,直接影响虚拟机的整体性能.目前,主流的内存虚拟化方法在两维地址翻译开销与页表同步开销之间面临权衡.传统的影子页表模型通过一套由软件维护的页表,实现了与原生(Native)环境相当的地址翻译性能.然而,由于影子页表的同步依赖于基于写保护的机制… …   相似文献

李传东  衣然  罗英伟  汪小林  王振林 《软件学报》2025,36(9)

面向RISC-V向量扩展的高性能算法库优化方法

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高性能算法库可以通过向量化的方式高效地利用单指令多数据(SIMD)硬件的能力,从而提升其在CPU上的执行性能.其中,向量化的实现需要使用目标 SIMD 硬件的特定编程方法,而不同SIMD扩展的编程模型和编程方法均存在较大差异.为了避免优化算法在不同平台上的重复实现,提高算法库的可… …   相似文献

韩柳彤  张洪滨  邢明杰  武延军  赵琛 《软件学报》2025,36(9)

RISC-V内存模型的同地址顺序一致性定理证明

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内存一致性模型定义了并行程序在多核系统中的访存序约束, 是软硬件共同遵守的架构规范. 同地址顺序一致性是内存一致性模型的经典公理之一, 它规定了多核系统中对于相同地址的所有访存操作遵循顺序一致性, 被广泛应用于X86/TSO, Power, ARM等经典架构的内存一致性模型中, … …   相似文献

徐学政  杨德亨  王璐  王涛  黄安文  李琼 《软件学报》2025,36(9):1-18

基于RISC-V VLIW架构的混合指令调度算法

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指令级并行是处理器体系结构研究的经典难题。VLIW架构是数字信号处理器领域中提升指令级并行的一种常用架构。VLIW架构的指令发射顺序是由编译器决定的,因此其指令级并行的性能强依赖于编译器的指令调度。为了探索RISC-V VLIW架构的扩展潜力,丰富RISC-V生态,本文研究RIS… …   相似文献

李奕瑾  杜绍敏  赵家程  王雪莹  查永权  崔慧敏 《软件学报》2025,36(9)

Spike-FlexiCAS:支持缓存架构灵活配置的RISC-V处理器模拟器

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缓存模拟器在缓存架构探索和缓存侧信道研究中起着不可或缺的作用. Spike作为RISC-V指令集的标准实现为基于RISC-V的缓存研究提供了完整的运行环境. 但Spike的缓存模型存在仿真粒度低, 与真实处理器的缓存结构差异大等诸多问题. 为此, 本文修改和扩展Spike的缓存模型并取名为FlexiCAS (Flexible Cache Architectural Simulator), 修改后的Spike称为Spike-FlexiCAS. FlexiCAS能支持多种缓存架构, 具有灵活配置、易扩展等特点并且可以对缓存特性(如一致性协议以及实现方式)进行任意的组合. 此外, FlexiCAS还能不依赖Spike单独地对缓存的行为进行模拟. 性能测试的结果表明, FlexiCAS对比当前最快的执行驱动型模拟器 ZSim的缓存模型具有明显的性能优势.… …   相似文献

韩金池  王智栋  马浩  宋威 《软件学报》2025,36(9)

动态顺序统计树类结构的函数式建模及其自动化验证

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动态顺序统计树结构是一类融合了动态集合、顺序统计量以及搜索树结构特性的数据结构,支持高效的数据检索操作,广泛应用于数据库系统、内存管理和文件管理等领域.然而,当前工作侧重讨论结构不变性,如平衡性,而忽略了功能正确性的讨论.且现有研究方法主要针对具体的算法程序进行手工推导或交互式机械化验证,缺乏成熟且可靠的通用验证模式,自动化水平较低.为此,设计了动态顺序统计搜索树类结构的Isabelle函数式建模框架和自动化验证框架,构建了经过验证的通用验证引理库,可以节省开发人员验证代码的时间和成本.基于函数式建模框架,选取了不平衡的二叉搜索树、平衡的二叉搜索树(以红黑树为代表)和平衡的多叉搜索树(以2-3树为代表)作为实例化的案例来展示.借助自动验证框架,多个实例化案例可自动验证,仅需要使用归纳法并调用一次auto方法或使用try命令即可,为复杂数据结构算法功能和结构正确性的自动化验证提供了参考.… …   相似文献

左正康  刘增鑫  柯雨含  游珍  王昌晶 《软件学报》2025,36(8)

神经网络的增量验证

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约束求解是验证神经网络的基础方法. 在人工智能安全领域, 为了修复或攻击等目的, 常常需要对神经网络的结构和参数进行修改. 面对此类需求, 本文提出神经网络的增量验证问题, 旨在判断修改后的神经网络是否仍保持安全性质. 针对这类问题, 我们基于Reluplex框架提出了一种增量可… …   相似文献

刘宗鑫  迟智名  赵梦宇  黄承超  黄小炜  蔡少伟  张立军  杨鹏飞 《软件学报》2025,36(8)

基于记忆策略的元解释学习

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元解释学习(Meta-interpretive Learning,MIL)是一种归纳逻辑程序设计(Inductive Logic Programming,ILP)方法,旨在从一组实例、元规则和其他背景知识中学习一个程序.MIL采用深度优先和失败驱动策略在程序空间中搜索适当的子句以生成程序.事实上,这种机制不可避免地引发了对相同目标重复证明的问题.在本文中,我们提出了一种剪枝策略,该策略利用Prolog内置的数据库机制来存储未能达成的目标及其对应的错误信息,从而有效避免冗余的证明过程.此后,这些累积的错误信息能够作为指导,帮助MIL系统在未来的学习过程中进行优化和调整.我们证明了剪枝算法的正确性,并在理论上计算了程序空间的缩减比例.我们将所提出的方法应用于两个现有的MIL系统Metagol和Metagol_AI,从而产生了两个新的MIL系统Metagol_F和Metagol_{AI_F}.在四个不同任务上的实证结果表明,所提出的策略可以显著减少学习相同程序的时间消耗.… …   相似文献

王榕  田聪  孙军  于斌  段振华 《软件学报》2025,36(8)

因果时空语义驱动的深度强化学习抽象建模方法

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随着智能信息物理融合系统(Intelligent Cyber-physical System, ICPS)的快速发展,智能技术在感知、决策、规控等方面的应用日益广泛.其中,深度强化学习因其在处理复杂的动态环境方面的高效性,已被广泛用于ICPS的控制组件中.然而,由于运行环境的开放… …   相似文献

田丽丽  杜德慧  聂基辉  陈逸康  李荥达 《软件学报》2025,36(8)

基于SML4ADS2.0的自动驾驶场景建模与边缘关键场景生成方法

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自动驾驶中极端的场景、无法预测的人类行为等长尾问题逐渐成为制约自动驾驶系统(Autonomous Driving System,ADS)发展的关键要素,因此有效地生成安全关键场景对于提高自动驾驶系统的安全性至关重要.现有的自动驾驶场景生成主要依赖于大量的路采数据,采用数据驱动式场… …   相似文献

杜德慧  叶振  郑成行  朱珍珍  李家蕴 《软件学报》2025,36(8)

GhostFunc:一种针对Rust操作系统内核的验证方法

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操作系统是软件的基础平台,操作系统内核的安全性往往影响重大.Rust是逐渐兴起的内存安全语言,具有生命周期、所有权、借用检查、RAII等安全机制,使用Rust语言构建内核逐渐成为当前热门的研究方向.但目前使用Rust构建的系统多包含部分unsafe代码段,无法从根本上保证语言层面的安全性,因而针对unsafe代码段的验证对于保证Rust构建的内核正确可靠尤为重要.本文以某使用Rust构建的微内核为对象,提出了GhostFunc的safe和unsafe代码段组合验证方法,将两类代码段采用不同层级的抽象,使用GhostFunc进行组合验证.本文针对任务管理与调度模块,基于λ_Rust 形式化了Arc<T>等unsafe代码段,并给出了形式化GhostFunc的具体实现,完成了此方法的验证实例.本文所有验证工作基于定理证明的方法,在Coq中采用Iris分离逻辑框架完成了正确性的验证.… …   相似文献

何韬  董威  文艳军 《软件学报》2025,36(8)

Fast-USYN:从酉矩阵到高质量量子电路的快速合成方法

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当前的量子程序一般由量子电路表示,由多个量子门组成.如果程序包含了被直接表示为酉矩阵的门,需要将这些量子门转化为基本门所构成的量子电路.该步骤被称为量子电路合成.然而,当前的合成方法可能会生成包含数千个门的量子电路.这些量子电路的质量较低,在部署到真实含噪声的量子硬件时非常容易输出错误的结果.此外,在保证门数量较小的情况下,当量子比特数量增至8时,量子电路合成需要数周甚至数月的时间.在这项工作中,本研究提出了一种量子电路合成方法,实现了从酉矩阵到高质量量子电路的快速合成.本研究首先介绍了一种迭代方法,通过插入电路模块来逼近目标酉矩阵.在迭代中,文章提出一种具有奖励机制的前瞻策略减少冗余量子门.在量子电路合成的加速过程中,本研究为了减少候选电路模块的空间,提出了一种剪枝方法,其首先描述每个候选电路模块的闭包来刻画电路的表示空间,然后基于模块的表示空间重叠率进行剪枝,以此构建了一个小而高质量的候选集合.此外,为了减少搜索最优门参数的开销,本研究将选定的候选与目标酉矩阵打包成统一电路,然后通过计算其在基态上的期望来快速获得近似距离.实验证明,与当前的最优的量子电路合成方法QuCT^[1]和QFAST^[9]相比,本研究在5比特到8比特量子电路合成中实现了1.6-2.7倍的门数量减少和3.7-20.6倍的加速.… …   相似文献

谭思危  卢丽强  郎聪亮  陈明帅  尹建伟 《软件学报》2025,36(8)

基于下推自动机的同步数据流语言可信编译方法

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同步数据流语言Lustre是安全关键系统开发中常用的开发语言,其现存的官方代码生成器和SCADE的KCG代码生成器既没有经过形式化验证,对用户也处于黑盒状态.近年来,通过证明源代码和目标代码的等价性间接证明编译器的正确性的翻译确认方法被证明是成功的.基于下推自动机的编译方法和基于… …   相似文献

于涛  王珊珊  徐芊卉  董晓晗  胡代金  罗杰  杨溢龙  吕江花  马殿富 《软件学报》2025,36(8)

基于混成自动机路径过滤与动态选择的CPS系统反例生成

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信息物理融合系统(Cyber-Physical Systems, CPS)在安全攸关领域具有广泛的应用,保障其安全性至关重要.形式化验证是证明系统安全性的有效手段,但在现实世界中的复杂CPS系统上应用仍面临挑战.因此,反例生成的方法被提出,旨在通过寻找系统中违背安全规约的反例行为… …   相似文献

王佳宛  刘熹橦  卜磊  李宣东 《软件学报》2025,36(8)

单球驱动平衡机器人运动学和动力学形式化验证

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单球驱动平衡机器人是一种具有全向运动性的机器人, 其灵活性能在狭小或复杂环境中得到充分体现, 因此受到广泛关注. 在该型机器人运动学和动力学设计过程中, 保证其模型的正确性至关重要. 基于测试和仿真的传统方法难以穷尽系统所有状态, 因此可能无法捕捉到某些设计缺陷或潜在的安全风险.… …   相似文献

张善强  张景芝  施智平  王国辉  关永 《软件学报》2025,36(8)

操作系统内核权能访问控制的形式验证

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操作系统内核是构建安全攸关系统软件的基础. 任何计算机系统的正确运行都依赖于底层操作系统实现的正确性,因此,对操作系统内核进行形式验证是很迫切的需求.然而,操作系统中存在的多任务并发、数据共享和竞争等行为,给操作系统内核的验证带来很大的挑战.近年来,基于定理证明的方法广泛用于操作… …   相似文献

徐家乐  王淑灵  李黎明  詹博华  吕毅  代艺博  崔舍承  吴鹏  谭宇  张学军  詹乃军 《软件学报》2025,36(8)

面向Rust语言的形式化验证方法研究综述

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Rust作为一种新兴的安全系统级编程语言,以其创新的所有权模型和借用检查机制提供了内存安全和并发安全保证.尽管Rust的设计宗旨在于安全性,但现有研究揭示了其仍面临诸多安全挑战.形式化验证作为一种基于严格数学基础的方法,为Rust安全性提升提供了强有力保障.通过构建精准清晰的语义… …   相似文献

张卓若  常瑞  杨申毅  陈芳 《软件学报》2025,36(8)

分布式系统动态测试技术研究综述

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分布式系统是当今计算生态系统的支柱,它使得现代计算更加强大、可靠和灵活,覆盖了从云计算、大数据处理到物联网等多个关键领域。然而,由于系统的复杂性,分布式系统在代码实现过程中总是会不可避免地引入一些代码缺陷,从而对系统的可用性、鲁棒性以及安全性造成巨大威胁。因此,分布式系统的测试以… …   相似文献

陈元亮  马福辰  周远航  颜臻  姜宇  孙家广 《软件学报》2025,36(7)

深度学习编译器缺陷实证研究：现状与演化分析

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深度学习编译器已被广泛应用于深度学习模型的性能优化和部署。与传统编译器类似,深度学习编译器也存在缺陷,存在缺陷的深度学习编译器会导致编译失败或者产生错误的编译结果,甚至有时会带来灾难性的后果。为了深入理解深度学习编译器缺陷的特性,已有工作针对深度学习编译器早期的603个缺陷进行研… …   相似文献

沈庆超  田家硕  陈俊洁  陈翔  陈庆燕  王赞 《软件学报》2025,36(7)

结合特征生成与重放的可扩展安全虹膜识别

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随着信息技术的快速发展,安全认证技术成为了个人隐私和数据安全的重要保障.其中,虹膜识别技术凭借其出色的准确性和稳定性,被广泛应用于系统访问控制、医疗保健以及司法实践等领域.然而用户的虹膜特征数据泄露,就是永久性丢失,无法进行更改或者撤销.因此,虹膜特征数据的隐私保护尤为重要.随着… …   相似文献

赵冬冬  宋宝刚  廖虎成  闫江  向剑文 《软件学报》2025,36(7)