發(fā)布時間：2020-11-03 20:24

　　 隨著多核處理器的技術(shù)快速發(fā)展,多核處理器不但性能遠遠超過傳統(tǒng)單核處理器,而且兼具低功耗的優(yōu)勢,這些優(yōu)勢使得多核處理器越來越多地應(yīng)用到各種不同的領(lǐng)域中。而對于多核處理器,影響其性能發(fā)揮的一個關(guān)鍵是任務(wù)調(diào)度。國內(nèi)外學(xué)者提出了多種任務(wù)調(diào)度模型與算法,都有著各自的優(yōu)缺點,但很少有人針對共享資源約束的情況下進行任務(wù)調(diào)度的研究。本文針對具有共享資源約束的多核任務(wù)調(diào)度模型進行研究。多核處理器的任務(wù)調(diào)度已經(jīng)被證明為是一個NP難問題,現(xiàn)有的解決辦法大多是使用啟發(fā)式算法。在這些啟發(fā)式算法中,節(jié)約算法是調(diào)度成功率較高的一種算法。但是節(jié)約算法并未考慮任務(wù)間的并行性,僅僅是利用任務(wù)截止期進行判斷,沒有充分利用共享資源的約束。在任務(wù)之間的關(guān)聯(lián)性較大、互斥資源較多的情況下,訪問核間互斥資源的開銷很大,容易使任務(wù)長時間的等待互斥資源,導(dǎo)致核的利用率降低,調(diào)度的成功率減小。針對這個問題,本文引入了任務(wù)相關(guān)度的概念,利用任務(wù)相關(guān)度來判斷任務(wù)之間關(guān)聯(lián)性的大小、共享互斥資源的多少,從而將任務(wù)相關(guān)度較大的多個任務(wù)盡量調(diào)度到同一個核當(dāng)中,來減少相關(guān)任務(wù)間的互斥訪問的開銷。通過實驗證明,改進的節(jié)約算法在共享資源較多的情況下比原算法有著更小互斥訪問開銷。在現(xiàn)有的任務(wù)調(diào)度模型中,最常見的是集中式調(diào)度模型,節(jié)約算法就采用該種模型。而這種模型有一個集中的全局調(diào)度器,將任務(wù)調(diào)度到各個計算核進行處理。國內(nèi)外學(xué)者對任務(wù)調(diào)度模型僅比較計算核的利用率,忽視了調(diào)度核的利用率,導(dǎo)致調(diào)度核與計算核之間處理能力的不均衡。本文新提出一種任務(wù)調(diào)度模型來解決這一問題。而多數(shù)任務(wù)調(diào)度模型使用存在于共享數(shù)據(jù)區(qū)的任務(wù)隊列作為核間任務(wù)傳遞的主要方式,所以任務(wù)隊列的性能十分關(guān)鍵。在現(xiàn)有的任務(wù)隊列中,MS算法是經(jīng)典的多生產(chǎn)者多消費者隊列,但是MS算法中存在著偽共享緩存缺失的問題,本文解決這一問題并將改進的MS算法應(yīng)用到新提出的任務(wù)調(diào)度模型中。最后通過實驗證明,本文提出的任務(wù)調(diào)度模型比原本的集中式調(diào)度模型有著更均衡的處理能力。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TP332
【部分圖文】：

第 2 章 相關(guān)技術(shù)與研究現(xiàn)狀英特爾與 AMD 主推的多核處理器是同構(gòu)多核處理器的典型代表，如酷睿（Core）、速龍（Athlon）等。其主要的特點為：多核中每個核心都是相同的并且它們所處的地位是對等的。對于同構(gòu)多核處理器架構(gòu)，我們以英特爾的酷睿多核微架構(gòu)為例介紹：目前，酷睿微架構(gòu)是英特爾公司推出的主流核架構(gòu)，英特爾旗下的新 x86 架構(gòu)處理器都會統(tǒng)一到酷睿架構(gòu)中，可見其重要性。該架構(gòu)如下圖 2.1 所示。

哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文Octeon 處理器是 Cavium 公司設(shè)計的一個高度集成的網(wǎng)絡(luò)多核處理器。其最新的CN78XX 型號中，一個處理器有 48 個核，每個核主頻 1.6GHz；采用階梯式的高速緩存設(shè)計，使緩存及預(yù)處理能力得到大幅度提升；并且使用了 MIPS64 的第 5 版指令集，且支持虛擬化和 SIMD。同時，Octeon 最大的特點在于對網(wǎng)絡(luò)處理具有豐富的協(xié)處理器硬件支持，例如用于正則匹配的協(xié)處理器 HFA、用于隨機數(shù)產(chǎn)生的協(xié)處理器 RNG、用于壓縮解壓縮的協(xié)處理器 ZIP 等。Octeon 處理器內(nèi)置豐富的硬件協(xié)處理加速單元，這些硬件單元彼此協(xié)作，共同完成Octeon 芯片的高速處理[15]。下圖 2.3 是一個 Octeon CN78XX 系列的處理器結(jié)構(gòu)圖。

共享L2Cache的多核處理器緩存結(jié)構(gòu)圖
【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前9條

1 楊茂林;雷航;廖勇;;一種共享資源敏感的實時任務(wù)分配算法[J];計算機學(xué)報;2014年07期

2 彭蔓蔓;黃亮;;多核處理器中任務(wù)調(diào)度與負載均衡的研究[J];微電子學(xué)與計算機;2011年11期

3 高志民;姚崎;;面向并行安全網(wǎng)關(guān)流水線模型的無鎖隊列算法[J];北京交通大學(xué)學(xué)報;2010年05期

4 黃安文;高軍;張民選;;多核處理器片上存儲系統(tǒng)研究[J];計算機工程;2010年04期

5 黃國睿;張平;魏廣博;;多核處理器的關(guān)鍵技術(shù)及其發(fā)展趨勢[J];計算機工程與設(shè)計;2009年10期

6 劉軼;張昕;李鶴;錢德沛;;多核處理器大規(guī)模并行系統(tǒng)中的任務(wù)分配問題及算法[J];小型微型計算機系統(tǒng);2008年05期

7 賓雪蓮;楊玉海;金士堯;;一種基于分組與適當(dāng)選取策略的實時多處理器系統(tǒng)的動態(tài)調(diào)度算法[J];計算機學(xué)報;2006年01期

8 邢群科;郝紅衛(wèi);溫天江;;兩種經(jīng)典實時調(diào)度算法的研究與實現(xiàn)[J];計算機工程與設(shè)計;2006年01期

9 喬穎,王宏安,戴國忠;一種新的實時多處理器系統(tǒng)的動態(tài)調(diào)度算法[J];軟件學(xué)報;2002年01期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 吳佳駿;多核多線程處理器上任務(wù)調(diào)度技術(shù)研究[D];中國科學(xué)院研究生院（計算技術(shù)研究所）;2006年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前5條

1 周智;基于動態(tài)任務(wù)調(diào)度的STDS算法設(shè)計研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2015年

2 王嘉平;多核系統(tǒng)中實時任務(wù)調(diào)度算法的研究[D];南京郵電大學(xué);2012年

3 李靜;基于多核的任務(wù)調(diào)度策略研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2011年

4 徐立超;異構(gòu)多核處理器的任務(wù)分配及能耗研究[D];湖南大學(xué);2010年

5 鄭凱;對數(shù)據(jù)在異構(gòu)多核處理器模擬器中進行任務(wù)劃分的研究[D];上海交通大學(xué);2008年

本文編號：2869057