基于多核处理器的节能调度算法研究

III
武汉理工大学硕士学位论文
目
摘
录
要 ....................................................................................................................... I
Abstract ....................................................................................................................II 目 录 ....................................................................................................................... i 绪 论....................................................................................................... 1
武汉理工大学硕士学位论文
基 于 多 核 处 理 器 的 节 能 调 度 算 法 研 究
（申请工学硕士学位论文）
基于多核处理器的节能调度算 法研究
邱 赟 赟
培 养 单 位 ：信息工程学院 学 科 专 业 ：通信与信息系统
武 汉 理 工 大 学
研 究 生 ：邱赟赟 指 导 教 师 ：阮幼林 教授
2012 年 5 月
研究生姓名 指导教师 姓名
单位名称 申请学位级别 论文提交日期 学位授予单位 答辩委员会主席
信息工程学院
430070
通信与信息系统
硕 士
学科专业名称 论文答辩日期 学位授予日期 评阅人
2012 年 5 月
武汉理工大学
2012 年 5 月
2012 年 5 月
武汉理工大学硕士学位论文
独 创 性 声 明
第1章
1.1 课题研究的目的和意义............................................................................. 1 1.2 国内外研究现状 ........................................................................................ 2 1.3 论文的工作安排 ........................................................................................ 4 第2章 系统模型 ................................................................................................... 5
武汉理工大学硕士学位论文
摘
要
近年来，处理器的能耗问题日益突出，单处理器到多核处理器，虽然在性 能上有所提高，但同时导致了更多的能量消耗，不仅引发了难以解决的散热问 题，还导致系统的可靠性下降。因此，在满足时间约束条件下，如何尽可能的 降低系统能耗，已经成为多核处理器实时节能调度研究领域的热点。 本文在利用回收空闲时间降低速率的同时，尽量减少处理器切换电压/频率 所造成的能耗。 本文的主要工作如下： （1）基于回收空闲时间和尽量减少处理器切换电压/频率所造成的能耗， 提出一种新的多核处理器节能调度算法。首先获得前面执行任务的平均任务执 行比率，来估算下一个任务的执行速率，从而决定将下一个的任务映射到速率 最相近的处理器上，以减少处理器改变速率时所消耗的能源。再通过让相邻的 两个任务共享处理器上的空闲时间，来降低处理器的执行速率，从而达到减少 能耗的目的。通过理论推导和分析，将新的算法和近三年来的算法进行对比测 试，结果表明在大部分条件下，新算法能够获得更好的节能效果。 （ 2） 根据大量测试数据，深入分析了影响算法节能效率的因素以及算法的 调度约束条件和算法的适用条件， 进而提出了三种改进的算法 TOTAL-RADIO、 ESR-SS2-CE 和 ESR-SS2-M，增加对速度的约束条件，分别采用估算速度和最 大速度来计算单处理器上的执行速度。并将这三种改进算法和已有算法对比测 试分析，结果表明改进策略能够取得更好的节能效果。 关键词：多核处理器，节能调度算法，估算速率，空闲时间
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I
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Abstract
In recent years, the energy consumption of processor becomes increasingly prominent. From uniprocessor to multiprocessor, there is an increasement of performance, however it consumes more energy, not only caused a heat dissipation problems which prove difficult to resolve, but also led to the falling of the reliability of the system. So, how to reduce the system energy consumption as much as possible while meet the time constraints is becoming an urgent problem of real-time energy-saving scheduling for multiprocessor. Recently, the researches focus on how to make full use of the slack time because of the actual execution time is far less than the worst execution time and the static slack time caused by the task completed before the deadline. They design speed scheduling algorithm to reasonably reduce the pressure/frequency of the processors to satisfy the time constraint and the energy-aware. This paper reduce the consumption caused by changing pressure/frequency of the processor when using slack time to reduce the speed. The main contents of this paper are organized as follows: (1)This paper introduces the research background. The purpose and significance are clear after analyzing and discussing the domestic and foreign present research situation. (2)This paper proposes a new multiprocessor energy-efficient scheduling algorithm. First of all, use the radio of pre-executing tasks to get average task utilization rate to estimate the speed of the post-executing task. Then map the post-executing task to the processor which has the most similar to the estimate speed, to reduce the energy consumption of changing the speed. Then the current slack time is fairly shared by two tasks. It reduces the processor speed of the processor and minimizes the energy consumption. Through the theory and performance evaluation, compared to the existing classic algorithms, the goal is to obtain better energy-saving effect. (3)After theory analysis, this paper simulates tasks data and calculates the
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分类号 UDC
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目 文 目
基于多核处理器的节能调度算法研究
The Research of Energy-Aware Scheduling Algorithm for Multi-core processor
邱赟赟 阮幼林 职称 教 授 学位 邮编 博 士
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average value of energy consumption. Through the experiment, this paper analysis the influence factors, constraint condition and the applicability of the algorithm. This paper proposes two improved algorithm TOTAL-RADIO、ESR-SS2-CE and ESR-SS2-M, increasing the constraint condition of the speed, which sets the speed as the estimated speed and the maximum speed. Simulation results show that the proposed energy-saving scheduling algorithm obtain a better effect in energy-saving compared to the existing algorithm. Key words: Multiprocessor, Energy-Aware, Algorithm, Estimated speed, Slack time