Data Partitioning and Asynchronous Processing to Improve the Embedded Software Performance on Multicore Processors

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Nowadays, ensuring information security is extremely inevitable and urgent. We are also witnessing the strong development of embedded systems, IoT. As a result, research to ensure information security for embedded software is being focused. However, studies on optimizing embedded software on multi-core processors to ensure information security and increase the performance of embedded software have not received much attention. The paper proposes and develops the embedded software performance improvement method on multi-core processors based on data partitioning and asynchronous processing. Data are used globally to be retrieved by any threads. The data are divided into different partitions, and the program is also installed according to the multi-threaded model. Each thread handles a partition of the divided data. The size of each data portion is proportional to the processing speed and the cache size of the core in the multi-core processor. Threads run in parallel and do not need synchronization, but it is necessary to share a general global variable to check the executing status of the system. Our research on embedded software is based on data security, so we have tested and assessed the method with several block ciphers like AES, DES, etc., on Raspberry PI3. The average performance improvement rate achieved was 59.09%.

About the authors

P. Kh Bui

Vietnam National University

Author for correspondence.
Email: phucbh.hvan@gmail.com
Xuan Tu St. 144

M. K Le

Information Technology Institute – Vietnam National University

Email: quangminh@vnu.edu.vn
Xuan Tu St. 144

B. T Hoang

Technological Application and Production One Member Limited Liability company

Email: binhht@teca.vn
Republic St. 18А

N. B Ngoc

Kyoto College of Graduate Studies for Informatics (KCGI)

Email: nn_binh@kcg.edu
Tanaka Monzencho St. 7

H. V Pham

Academy of Cryptography

Email: huongpv@actvn.edu.vn
Victory St. 141

References

  1. Yao, Y. Power and Performance Optimization for Network-on-Chip based Many-Core Processors. PhD thesis. KTH. School of Electrical Engineering and Computer Science (EECS). 2019.
  2. Lim, G. and Suh, S.-B. User-Level Memory Scheduler for Optimizing Application Performance in NUMA-Based Multicore Systems. IEEE 5th International Conference on Software Engineering and Service Science. 2014. 10.1109/ICSESS.2014.6933553.
  3. Wei, X., Ma, L., Zhang, H. & Liu, Y. Multi-core, Multi-thread based Optimization Algorithm for Large-scale Traveling Salesman Problem. Alexandria Engineering Journal 60, 2021, pp. 189-197.
  4. Khalib, Z.I.A., Ng, H.Q. Elshaikh, M., and Othman, M.N., Optimizing Speedup on Multicore Platform with OpenMP Schedule Clause and Chunk Size, IOP Conference Series. 2020. Materials Science and Engineering 767, 012037.
  5. Lingampalli, S., Mirza, F., Raman, T. and Agonafer, D. Performance Optimization of Multi-core Processors using Core Hopping - Thermal and Structural. Proc. of the 28th Annual IEEE Semiconductor Thermal Measurement and Management Symposium (SEMI-THERM). 2012. pp. 112-117.
  6. Gunther, N.J., Subramanyam, S., and Parvu, S. A Methodology for Optimizing Multithreaded System Scalability on Multi-cores. Programming Multi-core and Many-core Computing Systems. 2011. CoRR abs/1105.4301.
  7. Rengasamy, V., Fu, T.-Y., Lee, W.-C., and Madduri, K. Optimizing Word2Vec Performance on Multicore Systems. Proceedings of the Seventh Workshop on Irregular Applications. 2017. Architectures and Algorithms. Association for Computing Machinery. New York. NY. USA.
  8. Wipe, E., Miller, J.E., Choi, I., Yeung, D. Amarasinghe, S.P., and Agarwal, A. Multicore Performance Optimization Using Partner Cores. 2011. in Michael McCool & Mendel Rosenblum. 'HotPar'. USENIX Association.
  9. Zhou, Y., He, F., Hou, N., and Qiu, Y. Parallel Ant Colony Optimization on Multi-core SIMD CPUs. Future Generation Computer Systems 79. 2018. pp. 473-487.
  10. Emmi, M., Lal, A., and Qadeer, S. Asynchronous Programs with Prioritized Task-buffers. SIGSOFT FSE. 2012. 48.
  11. Emmi, M., Ganty, P., Majumdar, R., Rosa-Velardo, F. Analysis of Asynchronous Programs with Event-Based Synchronization ESOP 2015: Programming Languages and Systems. 2015. pp. 535-559.
  12. Kornaros, G. Multi-Core Embedded Systems. CRC Press. 2010. Inc., USA.
  13. Bodake, V. and Gawande, R.M. A Review on An Encryption Engines For Multi Core Processor Systems. IOSR Journal of Electronics and Communication Engineering (IOSR-JECE). e-ISSN: 2278-2834. p-ISSN: 2278-8735. pp. 38-46.
  14. Polychroniou, O. and Ross, K.A. A Comprehensive Study of Main-memory Partitioning and its Application to Large-scale Comparison- and Radix-sort. Print SIGMOD. 2014. pp. 755–766.
  15. Schuhknecht, F.M., Khanchandani, P., and Dittrich, J. On the Surprising Difficulty of Simple Things: the case of radix partitioning. VLDB. 8(9): 2015. pp. 934–937.
  16. Wu, L., Barker, R.J., Kim, M.A., and Ross, K.A. Navigating Big Data with High-throughput, Energy-efficient Data Partitioning. Print SIGARCH. volume 41. 2013. pp. 249–260.
  17. Wang, Z., He, B., and Zhang, W. A Study of Data Partitioning on OpenCL-based FPGAs. In FPL. 2015. pp. 1–8.
  18. Ke, Q., Prabhakaran, V., Xie, Y., Yu, Y., Wu, J., Yang, J. Optimizing Data Partitioning for Data-Parallel Computing. Hot Topics in Operating Systems (HotOS XIII) | May 2011. Published by USENIX.
  19. Cieslewicz, J. and Ross, K. Data Partitioning on Chip Multiprocessors. DaMoN '08: Proceedings of the 4th international workshop on Data management on new hardware June 2008. pp. 25–34. doi: 10.1145/1457150.1457156.
  20. Zhong, Z.et al. Data Partitioning on Heterogeneous Multicore and Multi-gpu Systems Using Functional Performance Models of Data-parallel Applications in Cluster. 2012. pp. 191–199.
  21. Kara, K., Giceva, J., and Alonso, G. FPGA-based Data Partitioning. Proceedings of the 2017 ACM International Conference on Management of Data. May 2017. pp. 433–445. doi: 10.1145/3035918.3035946.
  22. Zhong, Z., Rychkov, V., and Lastovetsky, V. Data Partitioning on Multicore and Multi-GPU Platforms Using Functional Performance Models. IEEE Transactions on Computers. Volume 64. Issue 9. Sept. 1 2015. doi: 10.1109/TC.2014.2375202.
  23. Alanazi, H.O., Zaidan, B.B., Zaidan, A.A., Jalab, H.A., Shabbir, M., and Al-Nabhani, Y. New Comparative Study Between DES, 3DES and AES. J. of computing. volume 2. issue 3. March 2010. ISSN 2151-9617.
  24. Farooq, U. and Faisal Aslam, M. Comparative Analysis of Different AES Implementation Techniques for Efficient Resource Usage and better Performance of an FPGA. Journal of King Saud University - Computer and Information Sciences. Volume 29. Issue 3. July 2017. pp. 295-302.
  25. Sen, K. and Viswanathan, M. Model Checking Multithreaded Programs with Asynchronous Atomic Methods. In CAV. 2006. pp. 300–314.
  26. Kidd, N., Jagannathan, S., and Vitek, J. One Stack to Run Them all: Reducing Concurrent Analysis to Sequential Analysis under Priority Scheduling. In SPIN ’10: Proc. of the 17th International Workshop on Model Checking Software. volume 6349 of LNCS, Springer. 2010. pp. 245–261.
  27. Lian, X., Huang, Y., Li, Y., and Liu, J. Asynchronous Parallel Stochastic Gradient for Nonconvex Optimization. NIPS 2015: pp. 2737-2745.
  28. Alba, E. and Troya, J.M. Analyzing Synchronous and Asynchronous Parallel Distributed Genetic Algorithms, Future Generation Computer Systems. Volume 17. Issue 4. January 2001. pp. 451–465.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».