面向多核处理器系统的可靠性与能耗优化调度研究
发布时间：2020-12-25 22:04
随着VLSI技术的迅猛发展与应用需求的不断提高,芯片制造商正在推出多核芯片和片上多处理器系统,多核处理器平台已经变得日益普遍。多核处理器结构是一种高效的并行体系结构,随着芯片上集成的晶体管数量不断增加,其性能得到显著的改善。然而,这种性能的提升是以急剧增加的计算机芯片的能耗为代价的。而能耗是很多嵌入式实时系统首要考虑的因素,特别是无线移动和便携式计算设备。另外,随着微处理器芯片逐步采用纳米级制造工艺,由于集成电路特征尺寸不断减小、频率不断升高,使得微处理器的故障发生率不断攀升,微处理器的可靠性不断降低。因此,在多核处理器平台已成为主流的今天,如何在满足实时任务截止期约束的前提下尽可能降低系统能耗,保证系统在可靠环境下运行,仍是多核处理器系统操作系统级任务调度技术研究中一个亟待解决的问题。解决这一问题既具有重要的学术价值,又具有广阔的应用前景。本文针对多核处理器实时系统中的能耗及可靠性问题,研究节能及可靠性优化的调度关键技术,旨在探索实时调度策略与硬件节能技术结合带来的节能特性如何,以及探索在操作系统级任务调度时考虑系统可靠性的可行性。本文从以下三个方面对多核处理器节能及可靠性优化调度策...
【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：99 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
不同应用程序花费在容错性计算中的时间占比
图 1.2 论文的组织结构Figure 1.2 The structure of the thesis第一章为绪论，首先介绍了课题研究的背景与相关研究工作，其次阐述了本文研究的主要内容和创新点，最后介绍了论文的结构安排。第二章针对异构系统的可靠性存在差异的实际情况，对应用程序任务进行分配，在保证系统可靠性及实时性的约束条件下试图最小化系统能耗。针对任务流图的不同特征，提出了相应不同的算法。并对所提出的算法进行实验仿真验证。第三章针对已有微处理器在温度预估方面存在不准确或耗时大的缺陷，改进了的已有的热模型，用来估计各个处理器的温度并且决定任务的执行对器件老化及可靠性的影响。结合改进的热模型，提出使用 MILP 模型在对应用程序进行分配与调度时同时考虑芯片的温度控制及其寿命可靠性优化。在保证温度阈值和寿命阈值的条件下，尽可能的减少系统能耗。第四章针对新兴的、既包含关键的不可容错的任务又包含容错性任务的应用程序，提出了一个稳固的架构，即 ApproxMap，通过使用离线与在线结合的模式
图 2.1 (a)任务流图 (b)图 2.1（a）中的任务图各个节点的执行时间，代价，失败率igure 2.1 (a) a given tree; (b) the time, failure rate, and execution cost of its node for differentypes.表 2.1 给出了五个在时间约束为 7，失败率约束为 12 条件下的不同的任。任务分配 1 将所有的任务都分配给3p 。 该分配有最低的代价，但是时间失败率约束都不满足。任务分配 2 将所有的任务都分配给1p ，该分配满足束和可靠性约束，但是执行代价太高。任务分配 5 讲任务1v 分配给 ，任务给2p ，任务2v ，3v 分配给 .在本例中，任务分配 5 为最优解。相比于任务系统能耗开销减少了 37.5%。表 2.1 针对图 2.1(a)的五种不同的任务分配Table 2.1 Five different assignments for the task graph in Figure 2.1(a).
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于任务复制的处理器预分配算法[J]. 周双娥,袁由光,熊兵周,欧中红. 计算机学报. 2004(02)
[2]基于多处理机的混合实时任务容错调度[J]. 阳春华,桂卫华,计莉. 计算机学报. 2003(11)
本文编号：2938468
【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：99 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
不同应用程序花费在容错性计算中的时间占比
图 1.2 论文的组织结构Figure 1.2 The structure of the thesis第一章为绪论，首先介绍了课题研究的背景与相关研究工作，其次阐述了本文研究的主要内容和创新点，最后介绍了论文的结构安排。第二章针对异构系统的可靠性存在差异的实际情况，对应用程序任务进行分配，在保证系统可靠性及实时性的约束条件下试图最小化系统能耗。针对任务流图的不同特征，提出了相应不同的算法。并对所提出的算法进行实验仿真验证。第三章针对已有微处理器在温度预估方面存在不准确或耗时大的缺陷，改进了的已有的热模型，用来估计各个处理器的温度并且决定任务的执行对器件老化及可靠性的影响。结合改进的热模型，提出使用 MILP 模型在对应用程序进行分配与调度时同时考虑芯片的温度控制及其寿命可靠性优化。在保证温度阈值和寿命阈值的条件下，尽可能的减少系统能耗。第四章针对新兴的、既包含关键的不可容错的任务又包含容错性任务的应用程序，提出了一个稳固的架构，即 ApproxMap，通过使用离线与在线结合的模式
图 2.1 (a)任务流图 (b)图 2.1（a）中的任务图各个节点的执行时间，代价，失败率igure 2.1 (a) a given tree; (b) the time, failure rate, and execution cost of its node for differentypes.表 2.1 给出了五个在时间约束为 7，失败率约束为 12 条件下的不同的任。任务分配 1 将所有的任务都分配给3p 。 该分配有最低的代价，但是时间失败率约束都不满足。任务分配 2 将所有的任务都分配给1p ，该分配满足束和可靠性约束，但是执行代价太高。任务分配 5 讲任务1v 分配给 ，任务给2p ，任务2v ，3v 分配给 .在本例中，任务分配 5 为最优解。相比于任务系统能耗开销减少了 37.5%。表 2.1 针对图 2.1(a)的五种不同的任务分配Table 2.1 Five different assignments for the task graph in Figure 2.1(a).
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于任务复制的处理器预分配算法[J]. 周双娥,袁由光,熊兵周,欧中红. 计算机学报. 2004(02)
[2]基于多处理机的混合实时任务容错调度[J]. 阳春华,桂卫华,计莉. 计算机学报. 2003(11)
本文编号：2938468
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