【摘要】：從嵌入式設(shè)備到大型數(shù)據(jù)中心都已經(jīng)廣泛采用異構(gòu)分布式系統(tǒng)架構(gòu)。隨著系統(tǒng)集成度和性能的提高,能耗逐漸增大并已成為系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要瓶頸。因此,需要通過(guò)有效的能量管理(包括能量約束與高能效兩個(gè)方面)技術(shù)來(lái)協(xié)調(diào)能量的使用。動(dòng)態(tài)電壓與頻率調(diào)節(jié)(DVFS)技術(shù)通過(guò)同時(shí)縮小處理器的電源電壓和頻率來(lái)調(diào)節(jié)能量消耗,已成為一項(xiàng)重要的能量管理技術(shù)。本文對(duì)異構(gòu)分布式系統(tǒng)中面向能量管理的并行應(yīng)用調(diào)度算法展開(kāi)研究:從通用的異構(gòu)分布式系統(tǒng)入手,研究在能量約束條件下,并行應(yīng)用的性能和可靠性優(yōu)化問(wèn)題;并以此為基礎(chǔ),拓展到異構(gòu)分布式嵌入式系統(tǒng),研究滿足不同約束條件的高能效調(diào)度與優(yōu)化問(wèn)題。本文的主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)概括為以下幾個(gè)方面:1、研究能量約束并行應(yīng)用的高性能調(diào)度,解決異構(gòu)分布式系統(tǒng)上能量約束并行應(yīng)用的調(diào)度長(zhǎng)度最小化的問(wèn)題。這個(gè)問(wèn)題在本文中被分解為兩個(gè)子問(wèn)題,即滿足能量約束和調(diào)度長(zhǎng)度最小化。本文提出了具有能量約束的最小調(diào)度長(zhǎng)度(MSLECC)算法,首先,通過(guò)將未分配任務(wù)預(yù)先分配給具有最小能耗的處理器,將應(yīng)用的能量約束轉(zhuǎn)移到每個(gè)任務(wù)的能量約束,解決了滿足能量約束的問(wèn)題;然后,通過(guò)以低時(shí)間復(fù)雜度來(lái)啟發(fā)式地調(diào)度每個(gè)任務(wù),并選擇EFT最小的處理器和頻率組合來(lái)解決第二個(gè)子問(wèn)題;最后采用真實(shí)的并行應(yīng)用實(shí)例進(jìn)行實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明,與經(jīng)典的HEFT和ECS算法相比,本文所提出的MSLECC算法不僅使得應(yīng)用的實(shí)際能量值滿足給定的能量約束,而且其調(diào)度長(zhǎng)度更短。2、研究能量約束并行應(yīng)用的可靠性增強(qiáng)調(diào)度,解決最大限度地提高異構(gòu)分布式系統(tǒng)中能量約束并行應(yīng)用的可靠性的問(wèn)題。該問(wèn)題在本文中分解為兩個(gè)子問(wèn)題:滿足能量約束和最大化可靠性。本文提出了具有能量約束的最大化可靠性(MREC)算法,首先,通過(guò)將應(yīng)用的能量約束轉(zhuǎn)移到每個(gè)任務(wù)的能量約束來(lái)解決第一個(gè)子問(wèn)題;然后,通過(guò)考慮在任務(wù)分配之前確定每個(gè)任務(wù)的能量,并選擇具有最大可靠性值的處理器和頻率組合來(lái)解決可靠性最大化問(wèn)題,同時(shí)滿足其能量約束;最后,采用真實(shí)的并行應(yīng)用實(shí)例進(jìn)行實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明,與優(yōu)秀的RMEC算法相比,本文所提出的MREC算法不僅實(shí)際能量值滿足給定的能量約束,而且具有更高的可靠性值。3、研究實(shí)時(shí)并行應(yīng)用的高能效調(diào)度,解決異構(gòu)分布式系統(tǒng)中實(shí)時(shí)并行應(yīng)用的能耗最小化問(wèn)題。首先,提出截止期限松弛算法,該算法引入截止期限松弛的概念,從而實(shí)現(xiàn)在不使用DVFS情況下的具有最小動(dòng)態(tài)能耗的高效任務(wù)分配,同時(shí)盡可能滿足任務(wù)的截止期限約束。其次,提出非DVFS高能效調(diào)度(NDES)算法,該算法引入可變截止期限松弛的概念,通過(guò)反復(fù)調(diào)用截止期限松弛算法以保證滿足應(yīng)用的截止期限,從而實(shí)現(xiàn)降低能耗。再次,進(jìn)一步提出全局DVFS高能效調(diào)度(GDES)算法,該算法在滿足任務(wù)之間的優(yōu)先級(jí)約束和應(yīng)用截止期限約束的條件下,將任務(wù)遷移到產(chǎn)生最小動(dòng)態(tài)能耗的處理器松弛中。最后,通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)和真實(shí)平臺(tái)進(jìn)行驗(yàn)證,結(jié)果表明本文所提出的NDES和GDES組合算法(NDESGDES算法),能夠比當(dāng)前最優(yōu)的高能效調(diào)度算法節(jié)省更多的能量。4、研究可靠并行應(yīng)用的高能效容錯(cuò)調(diào)度,解決異構(gòu)分布式嵌入式系統(tǒng)中可靠并行應(yīng)用的高能效調(diào)度和高能效容錯(cuò)調(diào)度問(wèn)題。首先,提出了一種非容錯(cuò)的滿足可靠性目標(biāo)的高能效調(diào)度(ESRG)算法,以降低能耗,同時(shí)滿足基于DAG的異構(gòu)嵌入式系統(tǒng)并行應(yīng)用的可靠性目標(biāo)。其次,考慮到使用ESRG如果可靠性目標(biāo)超過(guò)一定的閾值,應(yīng)用的可靠性目標(biāo)是不可達(dá)的,因此進(jìn)一步提出了一種滿足可靠性目標(biāo)的高能容錯(cuò)調(diào)度(EFSRG)算法,使用容錯(cuò)的機(jī)制保證應(yīng)用的可靠性目標(biāo)可達(dá)。最后,在不同應(yīng)用規(guī)模上對(duì)實(shí)際并行應(yīng)用進(jìn)行了實(shí)驗(yàn),包括快速傅立葉變換和高斯消元。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,本文所提出的EFSRG算法降低的能耗高于其他方法在同等規(guī)模條件下降低的能耗。
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TP301.6

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2 萬(wàn)國(guó)偉;謝e，

本文編號(hào)：2664749