一种面向非对称多核处理器的综合性调度算法

在非对称多核处理器上进行任务调度时,现有的操作系统调度器没有考虑其非对称性.针对单一指令集非对称多核处理器上的操作系统调度问题,首先建立线性规划模型,分析各种因素,得出行为匹配、减少迁移和负载均衡的调度原则.然后,基于调度原则提出一种综合性调度算法.该算法包括两个部分:1) 集成负载表征,提出集成行为的概念,全面衡量任务的整体性和阶段性行为;2) 基于集成行为的调度算法,有效开发非对称多核处理器的特性,能够保证各核心负载均衡,同时可以避免不必要的任务迁移.另外,该算法通过参数调整机制实现了算法的通用性.该算法是一种综合处理任务的整体性和阶段性行为,并具备通用性的调度算法.实际平台上的实验结果表明,该算法可通用于多种环境,且性能比其他对应算法提高6%～22%.     

一种面向非对称多核处理器的虚拟机集成调度算法

在计算机体系结构领域,非对称多核处理器将成为未来的主流.对于非对称多核处理器上的虚拟处理器调度问题,现有研究缺乏理论分析,且没有考虑虚拟处理器的同步特性.针对该问题,文中首先建立非线性规划模型,分析得出全面考虑虚拟处理器同步特性、核心非对称性以及核心负载的调度原则.然后,基于调度原则提出一个集成调度算法,该算法定义了效用因子、比例系数、比例资源的概念,结合虚拟处理器的同步特性和核心的非对称性对资源和负载进行全面度量;同时通过运行队列分解降低调度开销.提出的算法是第一个在非对称多核处理器上利用虚拟处理器同步特性的调度算法.实际平台上的实验表明:该算法实现了公平调度,并且性能比其他同类算法提高19%~48%.     

多核平台下XEN虚拟机动态调度算法研究

虚拟机调度算法对并行任务的执行效率考虑不够充分。现代处理器平台具备了多个可用的计算核心,使多个虚拟机并发执行成为了现实。针对多核平台下的并行虚拟机调度优化问题,提出一种基于任务特征虚拟机CON-Credit调度算法。该算法在调度并行任务时,使用动态方式对计算机核心进行分配,采用传统的虚拟机调度算法为执行普通任务的虚拟机进行分配;采用定制的同步算法给执行并行任务的虚拟机分进分配。相关实验显示,CON-Credit调度算法能显著提高并行任务的执行效率。     

多核系统中基于动态电压频率调节的实时节能调度研究

在实时嵌入式领域,特别是无线移动和便携式计算领域,能耗是首要考虑的因素,这也是多核处理器尚未在嵌入式领域全面展开应用的首要因素。目前针对多核系统的实时应用,基于动态电压频率调节(DVFS)的实时节能调度技术研究得较少,还有许多问题亟待解决。本文介绍了多核系统中动态电压频率调节技术,分析讨论了当前多核系统中实时调度研究进展,主要针对同构多核、异构多核、并行任务模型和弱硬实时模型等方面,深入探讨了多核系统中基于DVFS的实时节能调度。本文结合多核系统、电压频率动态调节节能和实时调度,探索了多核系统中的实时节能调度,奠定了理论和技术基础,具有重大的理论意义和现实应用价值。     

基于缓存层级结构的多核Web服务器动态请求调度算法

针对Web服务器中传统的动态请求调度算法,如先到先服务算法等,不能充分利用多核处理器的并行性的问题,根据多核Web服务器缓存结构的特点提出了基于缓存层级结构的多核Web服务器动态请求调度算法。该算法从处理器核心间的负载均衡和多核处理器的缓存层级结构特点两个方面对动态请求进行调度。基于此算法进行了仿真实验,实验结果表明该算法可保持多核处理器核心间的负载均衡,并能有效缓解多核Web服务器的“乒乓”效应。     

单处理器多外设实时系统全局能耗优化算法研究

在电池供电的实时嵌入式系统中,能耗是系统设计的一个重要研究问题.动态电压调度和动态电源管理是两种重要的节能技术.前者是动态改变处理器电压/频率,降低处理器能耗;而后者是动态调整片外设备的工作模式,减少片外设备能耗.目前只有少量研究把这两种技术综合在一起.本文研究支持这两种技术的嵌入式全系统实时任务节能调度问题.针对连续和离散处理器频率模型,论文分别提出高效的算法,通过计算系统运行的能耗最小处理器最优频率和设备最优空闲时间,来实现全系统综合节能的目的.实验模拟表明本文算法大大优于其他算法.     

一种基于同构多核处理器的动态节能调度算法

在节能计算系统中节能调度是一个重要的研究方向。目前针对节能调度的研究中,多从动态电压频率调节（DVFS）的角度进行。但是随着芯片制造工艺的改进,处理器核心电压越来越低,所能调节的电压范围越来越小,通过DVFS技术实现节能遇到了理论上的瓶颈。提出了一种基于同构多核处理器的动态节能调度算法。在系统负载较轻的情况下,通过将系统任务分配到较少的处理核心上而使其他处理核心处于休眠状态来达到动态节能的效果。实验表明该算法具有较好的节能效果。     

基于多核处理器的K线程低能耗的任务调度优化算法

针对具有独立DVFS的多核处理器系统,提出了一种K线程低能耗模型的并行任务调度优化算法(Tasks Optimization based on Energy-Effectiveness Model,TO-EEM)。与传统的并行任务节能调度相比,该算法的主要目标是不仅通过降低处理器频率来减少处理器瞬时功耗,而且结合并行任务间的同步互斥所造成的线程阻塞情况,合理分配线程资源来减少线程同步时间,优化并行性能;保证任务在一定的并行加速比性能前提下,提高资源利用率,减少能耗,达到程序能耗和性能之间的折衷。文中进行了大量模拟实验,结果证明提出的任务优化模型算法节能效果明显,能有效降低处理器的功耗,并始终保持线性加速比。     

基于混合粒子群优化的CMP线程调度方法

为提高片上多核处理器(CMP)架构中线程调度的执行效率,发挥CMP的并行性能,提出一种基于混合粒子群优化算法的线程调度方法.根据设计的线程调度模型,利用有向无环图表述线程及线程间的相互依赖关系,并采用改进的混合粒子群算法对其进行合理调度.实验结果表明,该方法的执行效率优于现有的遗传算法,能有效地降低任务的执行时间,充分发挥多核架构的优势.     

基于线程流水线的多核线程调度策略

针对多核环境中操作系统的线程调度问题,提出一种基于线程流水线的线程调度策略。基于片上多线程处理器,借鉴流水线技术的并行优势,引入线程流水线的概念。通过确定线程特征指标,计算线程流水线的聚合度及对应线程的吻合度,从而完成线程调度,并在此基础上对其进行嵌入式方向的优化。模拟真实环境的实验结果表明,与基于静态优先级的调度策略相比,该策略消耗时间较少。     

Energy efficient scheduling of real-time tasks on multi-core processors with voltage islands

This paper studies energy efficient scheduling of periodic real-time tasks on multi-core processors with voltage islands, in which cores are partitioned into multiple blocks (termed voltage islands) and each block has its own power source to supply voltage. Cores in the same block always operate at the same voltage level, but can be adjusted by using Dynamic Voltage and Frequency Scaling (DVFS). We propose a Voltage Island Largest Capacity First (VILCF) algorithm for energy efficient scheduling of periodic real-time tasks on multi-core processors. It achieves better energy efficiency by fully utilizing the remaining capacity of an island before turning on more islands or increasing the voltage level of the current active islands. We provide detailed theoretical analysis of the approximation ratio of the proposed VILCF algorithm in terms of energy efficiency. In addition, our experimental results show that VILCF significantly outperforms the existing algorithms when there are multiple cores in a voltage island.     

异构多核下兼顾应用公平性和能耗的调度方法研究

异构多核处理器通常由高性能的大核和低能耗的小核组成,在其上进行合理的线程调度可以有效地提高资源利用率,节省能耗。之前论文提出的大小核上的公平性调度并没有考虑核上有不同频率/电压状态的情况,而现在支持DVFS调节的处理器越来越普遍,因此很有必要将线程间公平度的计算进行扩展和改进。提出在每个核有若干种不同的DVFS状态时异构多核处理器上线程公平度的计算方法,对已有的性能预测模型进行改进,采用自适应算法调整模型中的系数,并在此基础上提出了一种调度策略,维持各线程之间的公平度和处理器功率满足提前设定的阈值,同时选取能效最优化的配置,实现减小应用运行能耗的目的。实验结果表明,与所提出的调度策略相比,采用static、DVFS-only、swap-only三种调度方法时,在总的运行时间几乎相同的情况下,平均要多产生20%以上能耗,对于有些应用甚至达到了50%。     

基于多核处理器的关联任务并行感知调度算法

关联任务在多核处理器上并行调度所产生的通信时延,会对任务调度长度和处理器利用率造成负面影响,为了改善多核系统对关联任务的处理性能,针对关联任务在多核处理器上的调度特点,提出一种并行感知调度算法。计算各任务与终点间的最长路径值,按照该值的降序来分配任务调度次序,在分配处理器内核时兼顾关联度和任务最早可执行时间,设置最佳匹配评价函数。实验结果表明,与busHEFT和DTSV算法相比,该算法具有更短的任务调度时延、更少的通信量以及更高的处理器利用率。     

一种改进的OpenMP指导调度策略研究

在科学计算中,循环结构是最重要的并行对象之一.考虑到负载平衡、调度开销等多方面因素,OpenMP标准提供静态调度、动态调度、指导调度和运行时调度等不同策略.针对指导调度策略不适合递减型循环结构的问题,提出一种改进的new_guided指导调度策略,并在OMPi编译器上加以实现.New_guided调度策略的主要思想是对前半部分的循环采用静态调度,后半部分的循环采用指导调度.针对不同循环结构,在多核处理器上对不同调度策略进行评测.结果表明,在一般情况下,OpenMP默认的静态策略的调度性能最差;对于规则的循环结构和递增的循环结构,动态调度、指导调度和new_guided策略的性能差别不大;对于递减型的循环结构,动态调度和new_guided策略的性能相当,要优于指导调度策略;对于某些极不规则的随机循环结构,动态调度明显优于其他策略,new_guided策略的性能介于动态调度和指导调度之间.     

Multi-objective energy-efficient workflow scheduling using list-based heuristics

Workflow applications are a popular paradigm used by scientists for modelling applications to be run on heterogeneous high-performance parallel and distributed computing systems. Today, the increase in the number and heterogeneity of multi-core parallel systems facilitates the access to high-performance computing to almost every scientist, yet entailing additional challenges to be addressed. One of the critical problems today is the power required for operating these systems for both environmental and financial reasons. To decrease the energy consumption in heterogeneous systems, different methods such as energy-efficient scheduling are receiving increasing attention. Current schedulers are, however, based on simplistic energy models not matching the reality, use techniques like DVFS not available on all types of systems, or do not approach the problem as a multi-objective optimisation considering both performance and energy as simultaneous objectives. In this paper, we present a new Pareto-based multi-objective workflow scheduling algorithm as an extension to an existing state-of-the-art heuristic capable of computing a set of tradeoff optimal solutions in terms of makespan and energy efficiency. Our approach is based on empirical models which capture the real behaviour of energy consumption in heterogeneous parallel systems. We compare our new approach with a classical mono-objective scheduling heuristic and state-of-the-art multi-objective optimisation algorithm and demonstrate that it computes better or similar results in different scenarios. We analyse the different tradeoff solutions computed by our algorithm under different experimental configurations and we observe that in some cases it finds solutions which reduce the energy consumption by up to 34.5% with a slight increase of 2% in the makespan.     

混合粒子群算法的异构多核处理器间任务调度

针对异构多核处理器间的任务调度问题,为了更好地发挥异构多核处理器间的平台优势,提出一种基于将有关联的且不在同一处理器上的任务进行复制的思想,从而使每个异构多核的处理器能独立执行任务,来减少不同处理器之间的通信开销,并且通过混合粒子群算法(HPSO)来调度异构多核处理器中的任务,避免由于当任意一个异构多核处理器由于任务分配过多而导致计算机不能及时且准确地得出结果.最后实验证明,对比传统的启发式分配方案和常见的遗传算法(GA),基于任务复制思想分配方案和混合粒子群算法(HPSO)具有更好的求解能力,并且可以提供执行时间更少的调度分配方案,具有较好的应用价值.     

Improving energy efficiency of asymmetric chip multithreaded multiprocessors through reduced OS noise scheduling

The performance of the emerging chip multithreaded symmetric multiprocessors (SMPs) is of great importance to the high performance computing community. However, the growing power consumption of such systems is of increasing concern, and techniques that can be used to increase the overall system power efficiency while sustaining the performance are very desirable. Operating system (OS) noise can have a dramatic effect on the system performance. Effectively handling the smaller OS tasks while simultaneously preserving application thread synchronicity leads to gains in the overall system efficiency. Recently, under a fixed power budget, asymmetric multiprocessors (AMP) have been proposed to improve the performance of multithreaded applications. An AMP in this context is a multiprocessor system in which its processors are not operating at the same frequency. This paper proposes two simple scheduling methods that reduce the impact of OS noise, while simultaneously taking advantage of an opportunity to increase the overall machine energy efficiency on AMP servers. Prototyping AMPs on a commercial 2‐way dual‐core Hyper‐Threaded (HT) Intel Xeon SMP server, using real power measurements across six SPEC OpenMP applications, indicates that the first proposed scheduler performs better on average for HT‐enabled systems, whereas the second scheduler is superior on average for HT‐disabled systems. Copyright © 2009 John Wiley & Sons, Ltd.