高性能计算机系统级低功耗管控的研究与实现
发布时间：2021-07-23 07:44
高性能微处理器、高速网络和标准化中间件工具的发展使得现代集群和并行计算技术的结合显示出巨大的计算能力和使用便携性,从而使得高性能分布式计算被广泛的用于解决工业和科学领域的各种问题和挑战,国家高性能计算能力已经成为衡量一个国家综合实力的重要标志之一。虽然高性能计算的用户最关心的是所能获得的最高性能,但是随着高性能计算的发展,大型集群的能量消耗越来越大,节能成为高性能计算必须考虑的重要问题,使得低功耗成为高性能计算机和异构集群系统研究领域的热点。论文通过研究和分析低功耗技术的发展现状和相关领域的研究成果,针对高性能异构集群系统,设计了一套从系统级别上降低能量消耗的原型系统,并从理论设计,原型实现和效果测试等方面对系统进行了全面描述。本文通过将单机操作系统的一种在线控制策略引入到异构集群系统,提出了一种新的考虑节能因素的异构集群系统调度算法,并通过仿真实验的方式,将我们的调度算法与经典的Min-Min调度算法进行了全面的性能对比测试,证明了调度算法在综合性能方面的卓越,提供了课题研究的理论基础。基于理论研究的思路和成果,本文根据课题需要,提出了对高性能计算机异构集群系统进行系统级低功耗管控的...
【文章来源】：北京航空航天大学北京市 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：100 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 论文研究背景与意义
1.2 论文研究目标
1.3 论文研究内容
1.4 论文结构安排
第二章 系统级低功耗管控研究现状及关键技术
2.1 单机操作系统低功耗研究现状
2.1.1 电源管理子系统模型
2.1.2 动态功耗管理策略
2.1.3 动态电压调节策略
2.2 异构集群系统低功耗研究现状
2.2.1 高性能计算机与异构集群系统的联系
2.2.2 异构集群系统低功耗研究方向简介
2.2.3 已有研究成果
2.3 高级电源管理接口ACPI
2.3.1 概述
2.3.2 ACPI 可实现的功能
2.3.3 ACPI 各种电源状态
2.3.4 Linux 系统的ACPI 接口及实现原理
2.4 本章小结
第三章 面向异构集群系统的低功耗调度算法
3.1 概述
3.2 低功耗调度模型
3.2.1 异构集群中单节点的多状态能耗控制模型
3.2.2 异构集群整体能量消耗模型
3.3 考虑能耗因素的调度算法ECMM
3.3.1 相关术语
3.3.2 算法描述
3.4 仿真实验工具设计
3.5 仿真实验结果及分析
3.5.1 不同任务负载下的性能对比实验结果
3.5.2 不同集群规模下的性能对比实验结果
3.5.3 调度间隔对于实验结果的影响
3.6 本章小结
第四章 低功耗管控原型系统的设计和实现
4.1 需求与设计目标
4.2 系统结构及应用场景
4.2.1 系统的层次结构
4.2.2 软件体系结构及模块划分
4.2.3 系统应用场景
4.3 低功耗管理代理模块的设计与实现
4.3.1 模块功能概述
4.3.2 模块的实现
4.3.3 模块实现的关键技术
4.4 管理及协调模块的设计与实现
4.4.1 模块功能概述
4.4.2 模块实现的关键技术
4.5 手工控制和策略生成模块的设计与实现
4.5.1 模块的功能概述
4.5.2 模块实现的关键技术
4.6 系统内部通信协议的设计与实现
4.6.1 概述
4.6.2 关键设计与实现
4.7 低功耗管控系统接口定义
4.7.1 概述
4.7.2 主要数据结构
4.7.3 关键接口定义
4.8 本章小结
第五章 低功耗管控实验与测试
5.1 测试环境与测试方法
5.1.1 测试的软硬件环境
5.1.2 测试的指标
5.1.3 测试方法及方案
5.2 测试结果和分析
5.3 系统功能测试
5.4 本章小结
结论
论文工作总结
未来工作展望
参考文献
附录
攻读硕士学位期间取得的学术成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]操作系统电源管理研究进展[J]. 赵霞,陈向群,郭耀,杨芙清. 计算机研究与发展. 2008(05)
[2]低能耗软件设计中的性能无损电压调度技术研究[J]. 雷霆,李曦,周学海. 计算机研究与发展. 2006(06)
[3]基于语法树的实时动态电压调节低功耗算法[J]. 易会战,陈娟,杨学军,刘喆. 软件学报. 2005(10)
本文编号：3298883
【文章来源】：北京航空航天大学北京市 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：100 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 论文研究背景与意义
1.2 论文研究目标
1.3 论文研究内容
1.4 论文结构安排
第二章 系统级低功耗管控研究现状及关键技术
2.1 单机操作系统低功耗研究现状
2.1.1 电源管理子系统模型
2.1.2 动态功耗管理策略
2.1.3 动态电压调节策略
2.2 异构集群系统低功耗研究现状
2.2.1 高性能计算机与异构集群系统的联系
2.2.2 异构集群系统低功耗研究方向简介
2.2.3 已有研究成果
2.3 高级电源管理接口ACPI
2.3.1 概述
2.3.2 ACPI 可实现的功能
2.3.3 ACPI 各种电源状态
2.3.4 Linux 系统的ACPI 接口及实现原理
2.4 本章小结
第三章 面向异构集群系统的低功耗调度算法
3.1 概述
3.2 低功耗调度模型
3.2.1 异构集群中单节点的多状态能耗控制模型
3.2.2 异构集群整体能量消耗模型
3.3 考虑能耗因素的调度算法ECMM
3.3.1 相关术语
3.3.2 算法描述
3.4 仿真实验工具设计
3.5 仿真实验结果及分析
3.5.1 不同任务负载下的性能对比实验结果
3.5.2 不同集群规模下的性能对比实验结果
3.5.3 调度间隔对于实验结果的影响
3.6 本章小结
第四章 低功耗管控原型系统的设计和实现
4.1 需求与设计目标
4.2 系统结构及应用场景
4.2.1 系统的层次结构
4.2.2 软件体系结构及模块划分
4.2.3 系统应用场景
4.3 低功耗管理代理模块的设计与实现
4.3.1 模块功能概述
4.3.2 模块的实现
4.3.3 模块实现的关键技术
4.4 管理及协调模块的设计与实现
4.4.1 模块功能概述
4.4.2 模块实现的关键技术
4.5 手工控制和策略生成模块的设计与实现
4.5.1 模块的功能概述
4.5.2 模块实现的关键技术
4.6 系统内部通信协议的设计与实现
4.6.1 概述
4.6.2 关键设计与实现
4.7 低功耗管控系统接口定义
4.7.1 概述
4.7.2 主要数据结构
4.7.3 关键接口定义
4.8 本章小结
第五章 低功耗管控实验与测试
5.1 测试环境与测试方法
5.1.1 测试的软硬件环境
5.1.2 测试的指标
5.1.3 测试方法及方案
5.2 测试结果和分析
5.3 系统功能测试
5.4 本章小结
结论
论文工作总结
未来工作展望
参考文献
附录
攻读硕士学位期间取得的学术成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]操作系统电源管理研究进展[J]. 赵霞,陈向群,郭耀,杨芙清. 计算机研究与发展. 2008(05)
[2]低能耗软件设计中的性能无损电压调度技术研究[J]. 雷霆,李曦,周学海. 计算机研究与发展. 2006(06)
[3]基于语法树的实时动态电压调节低功耗算法[J]. 易会战,陈娟,杨学军,刘喆. 软件学报. 2005(10)
本文编号：3298883
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jisuanjikexuelunwen/3298883.html
