异构系统中处理器可靠性和能耗感知的调度算法研究

发布时间：2023-02-01 13:13

　　随着芯片技术的不断进步,计算系统的发展呈现异构、大规模、高性能等特点。异构的高性能计算系统为科学计算、工程应用等众多领域提供了一个很好的大规模计算解决方案,同时也在不断地为人们的日常生活带来便利。然而高性能计算伴随着更多的能源消耗,其中的低功耗问题和可靠性问题一直研究中的重点和难点。本文将围绕绿色计算这一主题,重点展开异构系统计算过程中的能耗管理、可靠性管理、成本预算下性能最大化等问题的研究。具体来说,本文的主要工作和贡献概括为以下四个方面:1.在有能量预算前提下,开展基于异构系统中有优先约束关系的任务集（记为DAG）的可靠性感知的任务调度算法研究。传统的COMS功耗模型的不足在于其不能准确反映处理器的功率消耗与处理器执行频率之间的关系。为此,本文中采用更具说服力的能耗模型及可靠性模型,以量化采用动态电压频率调节（DVFS）技术后对处理器在执行任务过程中瞬态故障的影响。在有能量预算的前提下,使得有优先约束关系的任务在异构计算系统中执行的过程中系统运行的可靠性最大化。本文提出了三个低时间复杂度、有可靠性意识的启发式算法（分别记为RHEFT、RCPOP和RMEC）。并通过组合11种不同的通... 

【文章页数】：139 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 并行分布式系统概述
    1.2 课题研究背景及意义
        1.2.1 低功耗
        1.2.2 可靠性
    1.3 本文的主要工作
    1.4 论文组织框架
第2章 异构计算系统任务调度研究
    2.1 引言
    2.2 经典的研究方法
        2.2.1 调度系统模型
        2.2.2 任务模型
        2.2.3 高级调度算法
    2.3 算法评估
    2.4 本章小结
第3章 基于能量约束的可靠性加强研究
    3.1 引言
    3.2 相关工作
    3.3 准备工作
        3.3.1 系统模型
        3.3.2 功耗模型
        3.3.3 应用程序模型
        3.3.4 容错模型
        3.3.5 问题的描述
    3.4 实例分析
    3.5 算法设计
        3.5.1 可靠性与能量节约的关系
        3.5.2 关键阶段
        3.5.3 RHEFT算法
        3.5.4 RCPOP算法
        3.5.5 RMEC算法
    3.6 实验和算法评价
        3.6.1 实验配置
        3.6.2 性能评价参数
        3.6.3 随机DAG图
        3.6.4 随机图性能评价
        3.6.5 真实应用DAG性能评价
    3.7 本章小结
第4章 基于Recovery技术的可靠性加强研究
    4.1 引言
    4.2 相关工作
    4.3 系统模型
        4.3.1 应用程序模型
        4.3.2 容错模型
        4.3.3 问题描述
    4.4 实例分析
    4.5 算法设计
        4.5.1 可靠性与能量的关系
        4.5.2 关键步骤
        4.5.3 失效任务恢复执行
        4.5.4 SHRHEFT算法
        4.5.5 SHRCPOP算法
        4.5.6 SHREFRM算法
    4.6 实验和算法评价
        4.6.1 性能参数评价
        4.6.2 随机DAG图
        4.6.3 随机图实验分析
        4.6.4 真实应用DAG性能评价
    4.7 本章小结
第5章 考虑可靠性与能耗的双目标调度算法
    5.1 引言
    5.2 相关研究
    5.3 准备工作
        5.3.1 系统模型
        5.3.2 多目标优化问题
        5.3.3 NSGA-II的思想
    5.4 问题描述
    5.5 算法设计
        5.5.1 选择算子
        5.5.2 交叉算子
        5.5.3 变异算子
        5.5.4 BOGA算法
    5.6 实验和算法评价
        5.6.1 评价参数
        5.6.2 实验分析
    5.7 本章小结
第6章 考虑切换开销的节能调度
    6.1 引言
    6.2 相关研究
    6.3 系统模型
        6.3.1 能耗模型
        6.3.2 系统模型
    6.4 实例分析
    6.5 算法设计
        6.5.1 单核系统调度
        6.5.2 多核系统调度
    6.6 实验分析
    6.7 本章小结
结论
参考文献
附录 A 攻读博士学位期间已发表与待发表的论文
附录 B 攻读博士学位期间参与的科研项目
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]绿色评价模型的互模拟等价及逻辑保持[J]. 钮俊,曾国荪,王伟.  计算机学报. 2013(05)
[2]绿色网络和绿色评价:节能机制、模型和评价[J]. 林闯,田源,姚敏.  计算机学报. 2011(04)
[3]信息科学技术的长期发展趋势和我国的战略取向[J]. 李国杰.  中国科学:信息科学. 2010(01)
[4]绿色计算的重定义与若干探讨[J]. 郭兵,沈艳,邵子立.  计算机学报. 2009(12)



本文编号：3734200