基于DAG的异构多处理器平台低功耗调度研究

摘要

多处理器系统相比单处理器系统具有更强的并行处理能力，更高的计算密度和更低的计算频率，近年来得到广泛的应用和研究。当前便携式设备的大量需求使得计算机系统的功耗问题成为一个重要的研究课题。通过优化任务的调度，可显著提升多处理器系统的性能，降低系统的功耗。任务调度研究中，应用有向无环图（Directed Acyclic Graph，DAG）这一经典任务模型，可准确描述具有前后约束关系的任务集。如何在异构多处理器平台上，合理调度任务以提升系统整体计算性能，并尽可能降低系统功耗是本文研究内容。
　　本文应用DAG任务模型，以降低调度长度和系统功耗作为性能提升的指标，针对基于动态电压频率调节（Dynamic voltage and frequency scaling，DVFS）和电压频率岛（Voltage frequency island，VFI）技术的异构多处理器系统低功耗调度算法进行研究，主要工作如下：
　　本文提出了一个基于DVFS的可容错低功耗调度方案。在基于DVFS技术的异构多处理器调度中，DVFS技术根据不同任务对计算能力的不同需要，动态调节处理器运行的电压和频率，从而达到节能的目的。在软实时系统中，任务调度只需确保错过截止时间的任务数量不高于某一阈值，即所谓容错调度，设置任务检查点是保证容错调度的有效技术。本文采用改进的检查点设置算法，优化了任务分配策略，利用系统的异构性，充分考虑不同处理器在计算能力上的差异，将任务分配给能使可容错异构多处理器总功耗（Fault Tolerant Heterogeneous Multiprocessor Energy，FTHME）最低的处理器执行，以降低系统能耗。仿真实验结果表明，本文提出的方案有效降低了异构多处理器平台容错调度的系统功耗。
　　本文提出了一个基于动态VFI的快速响应低功耗调度方案。在基于VFI技术的异构多处理器调度中，VFI技术将处理器划分为多个电压频率岛，每个岛有不同的电压频率，岛内的所有处理器具有相同的电压频率，根据任务对计算性能的需求，将任务映射到相应的岛执行，可实现系统在性能方面的优化。本文建立了一种动态VFI划分方案，拓宽了优化系统功耗的空间，同时优化了任务分配策略，依据能耗和完成时间（Energy andFinishing Time，EAFT）来分配任务，在减少系统功耗的同时提升了系统的响应速度。仿真实验结果表明，本文提出的方案相比现有的静态岛算法减少了系统的功耗，相比现有的动态岛算法，减少了调度长度，实现了系统整体性能的提升。

目录

声明

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 研究内容与主要工作

1.4 本文组织结构

第2章 多处理器任务调度相关研究

2.1 引言

2.2 多处理器实时性任务调度研究

2.3 多处理器优化调度长度研究

2.4 多处理器低功耗DVFS调度研究

2.5 多处理器低功耗VFI调度研究

2.6 本章小结

第3章 基于DVFS的可容错低功耗调度方案

3.1 引言

3.2 任务调度问题

3.3方案详述

3.4 实验及其结果分析

3.5 本章小结

第4章 基于动态VFI的快速响应低功耗调度方案

4.1 引言

4.2 任务调度问题

4.3 方案详述

4.4 实验结果及结果分析

4.5 本章小结

结论

参考文献

附录A攻读硕士学位期间所参与的项目

致谢