面向分布式迭代数据处理的高效容错机制

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61902128
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    26.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0202.系统软件、数据库与工业软件
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Iterative data processing is widely employed in data analysis such as graph processing and machine learning. Generally, large-scale data analysis adopts distributed processing systems to perform iterative computations with a long execution time. Over execution periods, it is common that some of the nodes in a distributed system may fail. Hence, the fault-tolerant mechanism is critical in the system design. This project aims to study efficient fault-tolerance for distributed iterative data processing. It includes: 1) online evaluation for the cost of non-stationary iterative processing; 2) modeling the problem of dynamically setting checkpoint interval as well as its solution; 3) adaptive hybrid failure recovery strategy as well as its availability. In this proposal, we first evaluate the cost of iterative processing according to the properties of non-stationary algorithms and datasets as well as the incremental computations. Then, to model the problem of dynamically setting checkpoint interval, we introduce system failure rate with the object to minimize the expectation of the total execution cost, analyze the computational complexity and design an approximate algorithm accordingly. Finally, we explore Markov chain to illustrate the procedure of optimistic recovery without any checkpoint, so as to propose a hybrid recovery strategy and prove its availability by the convex optimization. In addition, we implement a prototype to demonstrate the strategy of dynamically setting checkpoint interval and hybrid recovery. This project keeps steps with the requirements on fault-tolerance for the high availability and reliability of big data analysis, which has broad application prospects if we can achieve the expected results.
迭代数据处理广泛存在于图处理、机器学习等数据分析场景,大规模数据分析通常使用分布式处理系统进行长时间迭代计算。计算过程中部分节点故障是分布式系统中的普遍现象,因此容错机制在系统设计中至关重要。本项目拟研究面向分布式迭代数据处理的高效容错机制,研究内容包括:1.非稳定迭代处理代价的在线评估;2.动态设置检查点间隔问题建模及其求解;3.自适应混合故障恢复策略及其可用性。项目研究方案包括:拟结合非稳定迭代算法和数据集特征以及增量计算特性来评估迭代处理的代价;拟引入系统故障率并以最小化总执行代价的期望为目标建模动态设置检查点间隔问题,分析计算复杂度并设计近似算法;拟利用马尔可夫链描述无检查点的乐观恢复过程,从而构建混合恢复策略并根据凸优化论证该策略的可用性;拟实现原型系统演示动态设置检查点间隔和混合恢复策略。本项目满足高可用、高可靠大数据分析对容错功能的需求,如能取得预期成果,具有广泛的应用前景。

结项摘要

迭代数据处理广泛存在于图处理、机器学习等数据分析场景,大规模数据分析通常使用分布式处理系统进行长时间迭代计算。计算过程中部分节点故障是分布式系统中的普遍现象,因此容错机制在系统设计中至关重要。本项目研究面向分布式迭代数据处理的高效容错机制,内容包括:1.非稳定迭代处理代价的在线评估;2.动态设置检查点间隔问题建模及其求解;3.自适应混合故障恢复策略及其可用性。基于以上三方面的研究成果,本项目设计实现了一个原型系统。在本项目资助下,发表论文15篇,含SIGMOD、VLDB论文4篇,申请专利2项,获得软件著作权3项,培养研究生5名。

项目成果

期刊论文数量(5)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(10)
专利数量(2)
数据流计算模型及其在大数据处理中的应用
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    大数据
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    毕倪飞;丁光耀;陈启航;徐辰;周傲英
  • 通讯作者:
    周傲英
面向大数据分析的分布式矩阵计算系统研究进展
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    软件学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈梓浩;徐辰;钱卫宁;周傲英
  • 通讯作者:
    周傲英
基于深度学习的新型视频分析系统综述
  • DOI:
    10.13328/j.cnki.jos.006631
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    软件学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    孟令睿;丁光耀;徐辰;钱卫宁;周傲英
  • 通讯作者:
    周傲英
ReMac: A Matrix Computation System with Redundancy Elimination
ReMac:消除冗余的矩阵计算系统
  • DOI:
    10.14778/3554821.3554872
  • 发表时间:
    2022-08
  • 期刊:
    Proceedings of the VLDB Endowment
  • 影响因子:
    2.5
  • 作者:
    Zihao Chen;Zhizhen Xu;Baokun Han;Chen Xu;Weining Qian;Aoying Zhou
  • 通讯作者:
    Aoying Zhou

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其他文献

关闭/废弃煤矿的生态修复研究进展及展望
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    中国矿业
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陶贵鑫;周宏轩;孙婧;王昭清;徐辰
  • 通讯作者:
    徐辰
茶树根细胞壁不同组分对Pb的吸附性能及其功能团的傅里叶红外光谱学研究
  • DOI:
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  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    应用生态学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王梦;段德超;徐辰;于明革
  • 通讯作者:
    于明革
具有多方向生物力学逼真特性的碰撞假人胸部集总参数建模
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    清华大学学报(自然科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    徐辰;马春生;周青;张金换
  • 通讯作者:
    张金换
FDSS:基于HDFS的海量音乐特征数据存储系统
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2011
  • 期刊:
    计算机研究与发展
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    范远超;徐辰;于政;周敏奇;王晓玲
  • 通讯作者:
    王晓玲
旅游地居民职业转换中社会资本的影响与重塑——平遥案例
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    地理研究
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陶伟;徐辰
  • 通讯作者:
    徐辰

其他文献

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徐辰的其他基金

支持流水并行的深度学习系统性能优化
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  • 项目类别:
    面上项目
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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