基于实时多处理器的周期任务节能调度算法研究

摘要

在功能强大的多处理器平台中，如何有效降低能源消耗已经成为多处理器系统设计的一个重要问题。现有的许多算法都是应用动态电压频率调节技术（DVFS）来调节每个处理器的电压、频率从而降低能源消耗，但这只简单的考虑处理器执行的动态功耗而忽略了多处理器系统中静态能耗。在多处理器系统中，随着处理器工艺的发展，静态能耗在能耗中的所占比重变得越来越大。本文综合考虑了处理器的静态功耗和动态功耗，设计了一个基于泄漏感知的周期任务节能调度算法，该算法能选择出最合适的处理器数量集合以及CPU频率。本文在理论上分析并证明了该算法的可行性和正确性，并通过实例研究和仿真实验说明了算法的实用性和有效性。论文主要工作如下：
　　提出了一个基于泄漏感知的周期任务节能调度算法，称为 LASER算法。该算法扩展了DVFS技术，在考虑静态能耗及周期任务时限要求的情况下，能够确定最小数量的处理器数量集合。其次，对于一组可分的周期性任务，LASER算法能够在该组周期任务的时间限制下，将可分任务分配到多个处理器上。另外，LASER算法单一不变的主频，避免了处理器主频的频繁切换，从而减少时间开销和能耗开销。最后，本文通过一个模拟的多处理器系统来实现 LASER算法，此系统中配备了三个真实的处理器，分别是：Intel PXA270和PXA255处理器以及Crusoe TM5800处理器。仿真结果表明，LASER算法可以减少DVFS使能的多处理器系统的能量消耗，最多可达到13％，而平均能量消耗仅为10%。相比在PXA255上，LASER算法在PXA270和TM5800处理机上能体现更好的能效。然而，在规定时间内的任务上，所需的PXA270数量要比PXA255多。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪 论

1. 1 研究背景及意义

1. 2 国内外研究现状

1. 3 论文组织结构

第2章 研究基础

2. 1 多核处理器

2. 2 任务调度模型

2. 3 任务调度分类

2. 4 降低功耗的方法

2. 5 小结

第3章 模型构建及优化算法

3. 1 系统模型

3. 2 任务模型

3. 3 电源模型

3. 4 动态电压/频率调节

3. 5 优化动机

3. 6 优化算法

3. 7 小结

第4章 实验仿真与分析

4. 1 仿真环境

4. 2 能效

4. 3 所需处理机的数目

4. 4 频率层次数的影响

4. 5 三个真实的应用

4. 6 小结

结论

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录

附录B 攻读学位期间所参与的主要项目