發(fā)布時間：2020-05-15 08:28

【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)計的主要瓶頸。因此,需要通過有效的能量管理(包括能量約束與高能效兩個方面)技術(shù)來協(xié)調(diào)能量的使用。動態(tài)電壓與頻率調(diào)節(jié)(DVFS)技術(shù)通過同時縮小處理器的電源電壓和頻率來調(diào)節(jié)能量消耗,已成為一項重要的能量管理技術(shù)。本文對異構(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)化問題。本文的主要工作和創(chuàng)新點概括為以下幾個方面: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)度長度最小化的問題。這個問題在本文中被分解為兩個子問題,即滿足能量約束和調(diào)度長度最小化。本文提出了具有能量約束的最小調(diào)度長度(MSLECC)算法,首先,通過將未分配任務(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)移到每個任務(wù)的能量約束,解決了滿足能量約束的問題;然后,通過以低時間復(fù)雜度來啟發(fā)式地調(diào)度每個任務(wù),并選擇EFT最小的處理器和頻率組合來解決第二個子問題;最后采用真實的并行應(yīng)用實例進(jìn)行實驗,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)用的實際能量值滿足給定的能量約束,而且其調(diào)度長度更短。2、研究能量約束并行應(yīng)用的可靠性增強調(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)用的可靠性的問題。該問題在本文中分解為兩個子問題: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,通過將應(yīng)用的能量約束轉(zhuǎn)移到每個任務(wù)的能量約束來解決第一個子問題;然后,通過考慮在任務(wù)分配之前確定每個任務(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解決可靠性最大化問題,同時滿足其能量約束;最后,采用真實的并行應(yīng)用實例進(jìn)行實驗,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、研究實時并行應(yīng)用的高能效調(diào)度,解決異構(gòu)分布式系統(tǒng)中實時并行應(yīng)用的能耗最小化問題。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,從而實現(xiàn)在不使用DVFS情況下的具有最小動態(tài)能耗的高效任務(wù)分配,同時盡可能滿足任務(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)生最小動態(tài)能耗的處理器松弛中。最后,通過模擬實驗和真實平臺進(jìn)行驗證,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)度和高能效容錯調(diào)度問題。首先,提出了一種非容錯的滿足可靠性目標(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)的高能容錯調(diào)度(EFSRG)算法,使用容錯的機制保證應(yīng)用的可靠性目標(biāo)可達(dá)。最后,在不同應(yīng)用規(guī)模上對實際并行應(yīng)用進(jìn)行了實驗,包括快速傅立葉變換和高斯消元。實驗結(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)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TP301.6

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2 萬國偉;謝e，

本文編號：2664749