异构多核处理器的任务调度分配问题及算法研究

摘要

在集成电路工艺技术发展的驱动下，异构多核处理器的性能在成倍的增加，但原来系统级的一些问题被引入到处理器内部，任务的调度分配就是问题之一。对于多核CPU，优化操作系统任务调度算法是保证效率的关键。多核处理器包括异构多核处理器和同构多核处理器。相对于同构多核处理器，异构多核处理器的性能问题会更加凸显，它的任务调度分配会更加复杂。多核处理器的任务分配问题的研究还未成熟，不同的学者也在通过不同的途径进行研究。本文对异构多核处理器的任务调度算法进行了研究与改进，并与静态的任务分配算法和轮转法进行了比较。
　　 本文的算法主要分两个步骤：一、先根据线程间的通信频繁程度对线程进行分配；二、根据先分配的线程的执行情况来决定与其有相似指令比例的线程的分配。将任务分配到处理器核上会出现两种类型的开销：执行任务的开销以及处理器核间的通信开销。本文算法的第一步就是为了解决处理器核间的通信开销，因为同一进程的线程间共享同一地址空间，不同进程间的线程的地址空间是相互独立的。对于异构多核处理器来说，核间的通信通常采用信箱通信机制，如果能让通信频繁的线程尽量分配到同一处理器核，这就可以降低通信的开销。本文第二步是为了更好的提高核的利用率。
　　 本文使用M5全系统仿真器，对本文改进的算法和轮转法、静态的任务调度算法进行了测试。本文的异构核结构是5Alpha21164和3Alpha21264，使用了SPEC2000基准测试套件它们中有5个是整型（gcc，gzip，bzip2，parser，crafty），7个是浮点（equake，galgel，lucas，wupwise，mgrid，swim，mmp）。本文的性能评估指标是用整个程序的指令数量与其执行时间的比。通过测试，本文的算法比轮转法的性能提高了3.4％。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 课题来源

1.2 研究意义及现状

1.3 本文的主要内容及组织结构

第2章 相关背景及技术简介

2.1 多核体系结构

2.1.1 多核处理器的分类

2.1.2 典型的异构多核处理器的体系结构

2.1.3 异构多核处理器的现状及发展趋势

2.2 多核体系架构的操作系统

2.2.1 多核体系架构的操作系统模式

2.2.2 主从式处理机的操作系统

2.2.3 典型的支持多核的操作系统

2.3 本章小结

第3章 多核处理器任务调度算法讨论及线程的划分

3.1 现有的多核处理器的任务调度算法

3.1.1 多核处理器任务调度的静态算法

3.1.2 多核处理器任务调度的动态算法

3.1.3 两种算法的比较总结

3.2 多核处理器的线程的划分

3.2.1 多核处理器线程划分方法的特点及现状

3.2.2 多核处理器线程划分方法的技术支持

3.2.3 多核处理器线程划分算法分析

3.3 本章小结

第4章 异构多核处理器的任务调度分配算法实现

4.1 异构多核处理器任务调度算法问题描述

4.2 异构多核处理器任务调度分配算法实现

4.2.1 任务分配算法基本思想

4.2.2 任务分配模型

4.2.3 迭代任务分配算法

4.2.4 线程到核的调度分配方法

4.2.5 线程的调度分配策略

4.3 任务调度分配算法框架

4.4 本章小结

第5章 测试结果及分析

5.1 实验平台及工具

5.1.1 M5全系统仿真器简介

5.1.2 M5架构

5.2 测试结果

5.3 分析算法改进后的优势

5.4 本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致 谢