【摘 要】
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近些年来,多核技术在许多领域得到了广泛的应用,虽然多核处理器强化了设备系统的性能,但它也一定会带来更高的功耗。众所周知,较高的功耗必然会导致处理器系统的温度升高,以至于在很大程度上使系统可靠性降低。因此,功耗最小化是多核系统所关心的主要问题之一,可靠性要求也必然存在于多核平台的应用之中。所以,必须对任务进行合理分配和调度才能在满足系统可靠性的同时减少能量消耗,而这两方面的优化研究却又存在着相互促进
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近些年来,多核技术在许多领域得到了广泛的应用,虽然多核处理器强化了设备系统的性能,但它也一定会带来更高的功耗。众所周知,较高的功耗必然会导致处理器系统的温度升高,以至于在很大程度上使系统可靠性降低。因此,功耗最小化是多核系统所关心的主要问题之一,可靠性要求也必然存在于多核平台的应用之中。所以,必须对任务进行合理分配和调度才能在满足系统可靠性的同时减少能量消耗,而这两方面的优化研究却又存在着相互促进和制约的关系。因此,如何在保证系统运行时满足一定可靠性的前提下尽可能减少系统能耗,是多核处理器系统任务调度技术研究中亟待解决的问题,于当今计算机领域的各种应用都有着重要的实际意义。本文分别以多核平台下的帧任务及硬实时周期任务为对象,对基于可靠性约束的多核节能调度策略进行研究。主要研究工作如下:面向帧任务模型,以降低能耗并保证原始可靠性为目标,针对基于可靠性的动态电源管理策略中存在的问题,本文提出基于任务排序和动态回收的单核任务调度策略TSDR。该策略通过为任务安排一定数量的恢复块作为备份任务来保证可靠性目标,并且以任务排序为基础、结合了混合空闲回收的思想,在进行恢复块回收时动态地调整任务的运行频率。实验表明,在无故障发生的情况下,该策略与对比策略相比可节省14.5%的能耗;并且在设定一个故障发生时,也能比对比策略节能19.7%左右。然后在多核处理器平台,依据最坏适应调度方法将TSDR策略进行扩展,提出多核节能调度策略WFD-TSDR。通过实验表明,当任务可以向更多的处理器核分配时具有更好的节能效果。随后将任务模型调整为硬实时周期任务,以达到节约能耗、满足原始可靠性且容忍单一永久故障为目标,本文对基于固定优先级的备用备份策略做出了改进、提出基于混合任务和动态优先级的任务调度策略MTDP。由于硬实时周期任务不同于帧任务,数量较多且截止期均不同,该策略为每个主任务分配对应的备份任务以确保系统可靠性目标。并且基于任务混合的分配,该策略对于双核处理器而言还可以容忍单一永久故障。在调度中除了将主副版本任务混合分配给处理器,还结合动态优先级的思想增强可调度性、通过动态地计算预留时间减少主副任务的重叠以降低能耗。在最好情况下,即无故障发生时MTDP策略比对比策略节能可达17%左右;在最坏情况下,即所有主任务都发生故障时该策略也可比对比策略节省20%左右的能耗。为了进一步验证MTDP策略的有效性,以分簇思想为依据将MTDP策略实现于多核处理器平台,提出多核节能调度策略CDU-MTDP。实验结果表明CDU-MTDP策略在节能方面优于对比策略,最高可节省25%左右的能耗。
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