AKULA-T:多核环境下评估和开发温度感知线程放置算法的框架

摘要

目前，多核处理器已成为通用微处理器设计和实现的主流。多核处理器因多道程序在多核内同时执行导致其功耗过高，这些功耗以热能的形式向外散发，使处理器的温度不断上升。当处理器工作温度过高时，处理器性能下降，使用寿命缩短，比较严重时会损坏器件。因此，温度已经成为制约处理器性能和稳定的关键因素。
　　比较典型的减少功耗并降低温度方法有动态电压频率调整和门控时钟等，但是这些硬件技术会带来不小的性能损失。如何从软件操作系统方面通过线程调度算法合理的调度当前任务达到减少功耗、降低温度和提高处理器可靠性的目的有着重要的现实意义。
　　但是，开发新的线程调度算法面临非常大的挑战，一个是制定新的调度算法的实现难度大，另一个是算法测试时间长。一个算法从开始提出到真正实现，所花费的时间精力是巨大的，而且最后调度算法的有效性也是值得考虑的一个问题。很多时候花费巨大的时间和精力开发出的算法，如果效果不理想，则意味着巨大的浪费。
　　本文提出了一个多核环境下温度感知调度算法的开发和评估框架。该框架可以帮助研究人员在其上进行多核微处理器面向温度问题的线程调度算法的开发和研究，可以节省人力物力。这个调度框架提供了一个API，允许开发人员实现和调试，而不需要修改内核或者使用系统调用，并提供了简单的评估模型。这个调度框架也有利于建立在真实机器上运行，而不需要修改调度算法。研究人员可以使用这个框架开发和评估的不同的调度算法，设计出合理的线程调度算法，使处理器实现高性能、低开销、高可靠性。最后通过实验表明，这个框架可以有效开发和评估新的温度感知算法。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．1．1 处理器面临的温度问题

1．1．2 开发温度感知的调度算法的难度

1．1．3 片上多核处理器系统结构

1．2 国内外研究现状分析

1．3 温度调度的评估参数

1．4 论文研究内容和创新点

1．5 论文的组织结构

第二章 AKULA-T温度模拟器的介绍

2．1 概述AKULA-T

2．1．1 AKULA-T开发思想

2．1．2 使用流程图

2．2 AKULA-T具体模块分析

2．2．1 Profiler模块和MkLib模块

2．2．2 Bootstrap模块

2．2．3 Wrapper模块

2．2．4 Stats模块

2．3 AKULA-T的程序设计思路

2．3．1 具体处理器结构程序设计

2．3．2 调度算法的程序设计

第三章 AKULA-T框架的验证与评估

3．1 实验平台

3．1．1 软硬件环境

3．1．2 处理器温度的获得

3．2 测试程序的选择与分类

3．3 准备阶段：AKULA-T数据库的获得

3．3．1 实验原理

3．3．2 实验结果

3．3．3 在不同环境温度下运行结果

3．4 实验验证阶段

3．4．1 bootstrap部分的验证

3．4．2 wrapper部分的验证

3．5 AKULA-T误差分析

第四章 三种不同的调度算法

4．1 三个简单的映像算法的基本思想

4．2．AKULA-T执行三种调度算法

4．2．1 三个调度算法执行bootstrap模块

4．2．2 三个调度算法执行Wrapper模块

第五章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

致谢