多核系统中基于Global EDF 的在线节能实时调度算法

随着多核系统能耗问题日益突出,在满足时间约束条件下降低系统能耗成为多核实时节能调度研究中亟待解决的问题之一.现有研究成果基于事先已知实时任务属性的假设,而实际应用中,只有当任务到达之后才能够获得其属性.为此,针对一般任务模型,不基于任何先验知识提出一种多核系统中基于Global EDF在线节能硬实时任务调度算法,通过引入速度调节因子,利用松弛时间,结合动态功耗管理和动态电压/频率调节技术,降低多核系统中任务的执行速度,达到实时约束与能耗节余之间的合理折衷.所提出的算法仅在上下文切换和任务完成时进行动态电压/频率调节,计算复杂度小,易于在实时操作系统中实现.实验结果表明,该算法适用于不同类型的片上动态电压/频率调节技术,节能效果始终优于Global EDF算法,最多可节能15％～20％,最少可节能5％～10％.     

面向同构多核处理器的节能任务调度方法

对于运行在同构多核处理器上的周期性硬实时任务,设计了一个基于动态电压调节的节能调度方法。该方法首先将计算任务按照周期数降序排序并基于计算任务调度长度最短的原则安排任务映射。然后将各个处理核上具有最小通讯时间的计算任务设置为最后执行的计算任务而其它计算任务顺序保持不变。在初始映射中所有计算任务都被分配最高频率的情况下,每个处理核上的计算任务在执行时间扩展过程中确定最佳的计算任务顺序。基于 Intel PXA270的功耗模型,以几个随机任务集作实验。结果表明提出的方法能够有效地降低多核处理器的能量。     

面向多核处理器的实时优化技术:基于独立实时域的实时优化方法

多核处理器具有良好的性能功耗比,因此其在实时嵌入式系统中的应用是一种趋势.然而,现有的软件结构下,多核处理器的多核特性对实时性能的提高没有帮助;甚至,多核处理器核间的资源共享使影响程序执行时间的因素变得复杂,实时任务的最坏执行时间(Worst Case Execution Time,WCET)变得更为不可预测和难以控制.基于国产飞腾处理器研究了基于多核处理器的实时系统构建和实时性能优化,提出了“基于独立实时域的实时优化方法”;通过虚拟化技术把处理器分为“实时域”和“非实时域”,实时任务和非实时任务运行在不同的核心上,充分利用多核处理器各个核心,高效调度实时任务和非实时任务运行.     

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。     

一种针对依赖性周期任务的实时多核调度算法

针对软实时系统中的一类同时具有依赖性与周期性的任务,提出一种基于单行树矩阵(MST)的动态因子均衡调度算法SMD(schedule on matrix of the single tree and dynamic load factor)。该算法通过对MST矩阵的特性进行分析,将任务划分为若干并行集,再综合考虑已执行时间、任务间的依赖关系及任务最早截止时间几个要素,以动态因子的形式对任务进行实时调度。最后,还以证明的形式给出了可充分调动的任务集的充分条件,并以此为基础随机生成了测试任务集,进行了对比实验。实验表明,与文献中现有经典算法相比,新算法使处理器利用率提升近15%,任务丢失率降低2%。     

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。     

单处理器系统的实时调度算法研究

实时调度算法是实时系统中的关键技术.文章在研究单处理器系统中常用实时调度算法:固定优先级调度算法和动态优先级调度算法基础上,详细分析了常用固定优先级调度算法RM、DM算法和动态优先级调度算法EDF、LLF和MLLF算法的运算过程和使用条件,提出了各个算法在实际应用中存在的问题,为实际应用中选择何种实时调度算法确定了依据.     

一种基于VFD多核系统的硬实时任务节能调度算法

由于芯片功耗不断增加,节能已成为一个亟待解决的重要问题.基于全局异步局域同步(GALS)及电压频率域(VFD)技术的多核处理器计算平台,提出周期性硬实时任务节能调度算法.首先将给定任务集中的实时任务按最差匹配递减(WFD)策略映射到各个计算核上,使各计算核的利用率相对更加均衡,然后利用静态电压/频率调整策略,将每一个VFD内各计算核的共享运行频率降至此VFD中负载最重的计算核的利用率以回收并利用空闲时间节能.在静态策略的基础上提出空闲时间重分配(SR)策略,在保证实时任务可调度的前提下,通过进行任务迁移来平衡VFD内各计算核上的空闲时间分布,以进一步降低VFD的共享运行频率,从而降低能耗.实验表明提出的节能算法可取得较好的节能效果.     

性能非对称多核处理器下异构感知调度技术

为了满足应用程序的多样化需求,异构多核处理器出现并逐渐进入市场,其中的处理核心（core）具有不同的微架构或者指令集架构（ISA）,为应用提供多样化特性支持,比如指令级并行（ILP）、内存级并行（MLP）,这些核心协同工作满足整个计算系统的优化目标,比如高性能、低功耗或者良好的能效.然而,目前主流的调度技术主要是针对传统同构处理器架构设计,没有考虑异构硬件能力的差异性.在异构多核处理器环境下,调度技术如何感知硬件的异构特性,为不同类型的应用程序提供更加合适和匹配的硬件资源,这是值得探索的问题.对近年来在该研究领域的成果进行了综述研究,特别是在性能非对称多核处理器架构下,异构调度技术面临的优化目标、分析模型、调度决策和算法评估等主要问题进行了分析和描述,并依次对相关技术进行了系统的总结,最后从软硬件融合的角度对今后的研究工作进行了展望.     

多核环境下基于图模型的实时规则调度方法

安全攸关反应式系统的核心要求是：必须在指定时间期限内完成对外部事件的检测和目标事件的响应,否则会产生灾难性的后果.随着安全攸关反应式系统对智能化需求的日益增加,将规则推理应用于这类系统成为必然趋势.规则调度是保证规则推理硬实时约束的关键.为此,提出了一种基于图模型的实时规则调度方法（graph-based real-time rule scheduling,简称GBRRS）.该方法对基于事件图的实时规则推理过程进行建模,提出了基于图的端到端推理任务模型,并给出了端到端推理任务的调度算法,保证了规则调度的安全性.采用模拟实验对GBRRS方法进行了验证,实验结果表明,与DM-EDF方法（通过直接映射把规则上的推理操作转成推理任务后,用全局EDF算法对其进行调度的方法）相比,GBRRS方法在规则调度成功率上平均高出13%~15%,且在规则集的平均负载较高时,仍保持着80%以上的调度成功率.     

面向能耗优化的容错实时系统任务调度模型研究

为了支持面向能耗优化的容错实时任务调度算法研究,提出一种频率相关的时间Petri网—FRTPN.FRTPN引入用于动态电压调整的变迁频率设置空间以及和频率相关的静态引发时域,以支持调度算法的能耗评估及优化;同时它增加一类抑制弧刻画容错故障恢复过程.通过对基于检查点的容错实时能耗优化任务调度进行建模证明了FRTPN的有效性.     

基于辅助队列的硬实时混合任务节能调度算法

节能调度是当今实时系统研究的一个重要领域,其中混合实时任务节能调度技术研究刚刚起步.OLDVS算法是非常简洁的硬实时系统在线节能调度算法,但存在以下不足:不适应任务执行的动态变化,不能有效利用动态松弛时间,过于保守以致节能效果并不理想.据此,提出一种新的基于辅助队列的硬实时混合任务节能调度算法(OLDVS-AQ).通过引入一个额外的数据结构即辅助队列(Assisted Queue,AQ)来计算任务的最大完成时间,能够更有效地利用动态松弛时间进一步降低能耗.证明了该算法的可调度性,仿真实验结果表明,OLDVS-AQ算法始终优于OLDVS算法.平均提高约10%的节能效果.     

异构实时多处理器系统的动态调度算法研究

实时多处理器系统的动态调度算法一直是实时系统中的重要研究课题.根据异构实时多处理器的特点,提出了一种新的异构实时动态调度算法P_IEFT.该算法采用了一个新的处理器分配策略——将任务分配到能最早完成任务的处理器上.该策略能够缩短调度长度,提高后继任务被接受的可能性,从而能够提高成功调度率.模拟结果表明,该调度算法的成功调度率高于近视算法和节约算法的成功调度率.     

基于平滑调度的弱硬实时系统约束规范

约束规范是弱硬实时系统研究的基础。从弱硬实时系统的定义出发,提出了一个新的约束规范,它能够有效实现平滑调度。给出并证明了弱硬实时系统约束规范严格性比较的一个重要定理。业已证明,该约束规范具有良好的性能和较好的适用范围。     

一种批优化调度策略的实时异构系统的集成动态调度算法

针对实时异构多任务调度的特点,提出了软、硬实时任务形式化描述非精确计算的统一任务模型,在此基础上,提出了一种基于批优化调度策略的实时异构系统的集成动态调度算法.该算法以启发式搜索为基础,引入软实时任务服务质量降级策略,在每次扩充当前局部调度时,按制定的规则选取一批任务,计算其在各处理器上运行的目标函数,采用指派问题解法对任务优化分配.模拟实验表明,该算法与同类算法相比,提高了调度成功率.     

面向多核系统的蚁群最优化能耗调度算法

主要研究多核系统的能耗最优化问题。首先,根据多核系统的特点,建立关于多核系统的任务、能耗模型;接着,设计和实现一种基于蚁群最优化能耗调度算法。本文算法以蚁群算法的概率状态转移规则为核心,通过全局信息激素更新的策略,避免了陷入局部最优的情况,从而获得全局最优解。通过实验比对,分别与贪心算法、穷举算法比较后发现：本校提出的调度算法,在最佳情况下,仅比最优能耗高0.7%,而该算法复杂度低,可以应用于任务输入集较大的场景。      

非对称多核处理器上的操作系统集成调度

相对于对称多核处理器,非对称多核处理器具有更高的效能,将成为未来并行操作系统中的主流体系结构.对于非对称多核处理器上操作系统的并行任务调度问题,现有的研究假设所有核心频率恒定,缺乏理论分析,也没有考虑算法的效能和通用性.针对该问题,该文首先建立非线性规划模型,分析得出全面考虑并行任务同步特性、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,该算法通过集成线程调度和动态电压频率调整来提高效能,并通过参数调整机制实现了算法的通用性.提出的算法是第一个在非对称多核处理器上结合线程调度和动态电压频率调整的调度算法.实际平台上的实验表明:该算法可适用于多种环境,且效能比其他同类算法高24%～50%.     

一种在线节能实时调度算法

随着多处理器系统规模的不断扩大,如何节能成为一个亟待解决的重要问题。为此,基于多处理器系统提出一种针对随机任务的在线节能实时调度算法。使用统计方法,根据已有任务的到达时间和计算量估计新任务在空闲处理器上执行的电压/频率,使还未到达的任务能够满足截止期限并有效节能。在考虑单个处理器上执行的任务时,计算执行这些任务所需的平均电压/频率,使所有任务的执行速度尽量均衡,当某些任务不能满足截止期限要求时,则调高未执行任务的电压/频率。实验结果表明,与EDF,HVEA,MEG和ME-MC算法相比,该算法在满足截止期限和节能方面具有明显的优势。