预答辩公告

学位论文简介

得益于显著的性能收益，图形处理单元（GPU）和持久性内存（PM）变得越来越流行。然而，在提高系统整体性能的同时他们也给系统的内存架构安全和数据一致性带来了新的挑战。为了解决上述问题，我们介绍以下工作：

首先，我们从不同维度研究了GPU上CUDA平台存在的内存溢出安全问题。发现CUDA的堆内存缺乏有效的隔离机制，同一个warp内，不同block间，甚至不同kernel间都可以利用内存溢出来篡改正常的数据和函数指针，严重的情况下，甚至能直接导致整个系统的瘫痪。

其次，我们针对内存溢出问题，提出了运行时的检测器，GMODx。GMODx检测器基于canary实现，提供不间断的内存溢出检测。为了实现高性能，在细粒度内存上，GMOD利用字节数组结构来高效的存储检测内存必须的信息。在粗粒度内存上，GMODx利用统一内存（Unified Memory）将检测任务委托给CPU，做到了对GPU最少的资源占用。

再次，我们针对GPU内存架构中存在TLB竞争问题进行了研究，发现TLB的恶意竞争能极大的影响良性kernel的性能。为了解决这个问题，我们提出了TLB-pilot，一种基于GPU上Streaming Multiprocessor（SM）的软件方式来隔离不同用户的kernel。

最后，我们针对持久性内存上的一致性问题，设计了PMDebugger。与以往的工作不同，PMDebugger基于我们发现的持久性内存指令的三个特点设计。同时，PMDebugger由定制的数据结构，检测操作和检测算法组成（检测规则），实现了高有效性。

主要学术成果

1. Bang Di, Jiawen Liu, Hao Chen, and Dong Li. "Fast, Flexible and Comprehensive Bug Detection for Persistent Memory Programs". In Proceedings of the 26th International Conference on Architectural Support for Programming Languages and Operating Systems (ASPLOS), 2021. CCF A类会议.

2. Bang Di, Jianhua Sun, Hao Chen, and Dong Li. "Efficient Buffer Overflow Detection on GPU". IEEE Transactions on Parallel and Distributed Systems (TPDS), 2021. CCF A类期刊.

3. Bang Di, Jianhua Sun, Dong Li, and Hao Chen. "GMOD: A Dynamic GPU Memory Overflow Detector". In Proceedings of the 27th International Conference on Parallel Architectures and Compilation Techniques (PACT), 2018. CCF B类会议.

4. Bang Di, Jianhua Sun, and Hao Chen. "A Study of Overflow Vulnerabilities on GPUs". In Proceedings of the 13th IFIP International Conference on Network and Parallel Computing (NPC), 2016. CCF C类会议.

5. 陈浩，狄棒，孙建华。一种基于地址压缩技术的动态检测GPU上内存溢出的方法。专利实审。专利号，201711114892.8。

6. Jiang Wu, Chenlin Huang, Bang Di, Daokun Hu, Jianhua Sun, Hao Chen, and Xionghu Zhong. “A Fast and Secure GPU Memory Allocator”. In Proceedings of the IEEE 21st International Conference on High Performance Computing and Communications (HPCC). 2019. CCF C类会议.

7. Can Peng, Chenlin Huang, Daokun Hu, Bang Di, Jianhua Sun, Hao Chen, and Xionghu Zhong. “Address Randomization for Dynamic Memory Allocators on the GPU”. In Proceedings of the IEEE 21st International Conference on High Performance Computing and Communications (HPCC). 2019. CCF C类会议.