[論文レビュー] Multiprocessor Global Scheduling on Frame-Based DVFS Systems

Vandy Berten, Joël Goossens|ArXiv.org|Sep 24, 2008

Parallel Computing and Optimization Techniques参考文献 9被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、フレームベースの動的電圧周波数スケーリング（DVFS）を備えたマルチプロセッサシステムにおける、新しいグローバルスケジューリングアルゴリズムを提案する。タスク実行時間は確率的に分布している。仮想的静的パーティショニングと、残りフレーム時間に基づく周波数適応型タスクスケジューリングを組み合わせることで、スケジューリング可能性を保証するとともに、エネルギー消費を最小限に抑え、マルチコア環境下でユニプロセッサ最適戦略に近い性能を達成する。

ABSTRACT

In this ongoing work, we are interested in multiprocessor energy efficient systems, where task durations are not known in advance, but are know stochastically. More precisely, we consider global scheduling algorithms for frame-based multiprocessor stochastic DVFS (Dynamic Voltage and Frequency Scaling) systems. Moreover, we consider processors with a discrete set of available frequencies.

研究の動機と目的

• 確率的タスク実行時間と離散的DVFS周波数を有するマルチプロセッサシステムにおけるグローバルスケジューリングアルゴリズムの不足を解消すること。
• タスクがプロセッサ間を移動可能であり、実行時間が事前に不明な状況下でも、マルチプロセッサシステムにおけるスケジューリング可能性を保証すること。
• 残りフレーム時間とシステムの利用可能性に基づいてタスク周波数を動的に適応させることで、エネルギー消費を最小限に抑えること。
• 従来、時間依存の周波数関数に基づいて開発されたユニプロセッサ最適スケジューリング技術を、マルチプロセッサグローバルスケジューリングの文脈に拡張すること。
• シミュレーションを用いた検証を実施し、今後の研究ではスラック時間の活用、周波数スケーリング、および電力に配慮した最適化に焦点を当てる。

提案手法

• 本手法は、各タスクがすべてのプロセッサにわたって時間枠を予約する仮想的静的パーティショニングフェーズを用い、固定されたタスク-プロセッサ割り当てがなくてもスケジューリング可能性を保証する。
• ユニプロセッサ最適スケジューリングに基づいて導出された時間依存周波数関数 $\hat{S}_i(d)$ を用い、フレーム終了まで $d$ 単位の時間が残っている状態でのタスク $\tau_i$ の理想的な周波数を決定する。
• プロセッサが利用可能になると、スケジューラは目標周波数 $f = \hat{S}_i(d)$ が持続可能かどうかを確認する。持続不能な場合は、デッドラインを満たすために周波数を上昇させる。
• 本アルゴリズムにはタスクの移動メカニズムが含まれており、タスクがターゲット周波数でスケジューリングできない場合、他のタスクをプロセッサから移動させることで時間を空ける。
• 動的タスク順序付け戦略を採用し、スケジューリングの保証を維持しながらエネルギー効率を向上させるための再順序付けを可能にする。
• フレームレベルの制約に対応するため、すべてのプロセッサにわたる利用可能な時間を計算し、現在実行中のタスクの最悪終了時刻に基づいて周波数を調整する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 確率的タスク実行時間と離散的DVFSを有するマルチプロセッサシステムにおいて、離散的DVFSを用いてスケジューリング可能かつエネルギー効率的なグローバルスケジューリングが可能か。
• RQ2 ユニプロセッサ最適周波数適応戦略を、タスク移動を許容するマルチプロセッサグローバルスケジューリングにどのように適応できるか。
• RQ3 仮想的パーティショニング戦略として、マルチコアのフレームベースシステムにおいてスケジューリング可能性を保証するとともに、動的周波数適応を可能にするものは何か。
• RQ4 フレーム境界におけるスラック時間は、エネルギー消費をさらに削減するためにどのように活用できるか。
• RQ5 ヒューリスティックに基づくタスク移動と周波数調整は、デッドライン違反を避けることなく、エネルギー効率をどの程度向上させられるか。

主な発見

• 仮想的静的パーティショニングを用いて、タスクが動的に移動されても、マルチプロセッサシステム全体にわたって各タスクのための時間を予約することで、スケジューリング可能性が保証される。
• 残りフレーム時間に基づいて $\hat{S}_i(d)$ 関数を用いてタスクの周波数を適応させるため、ユニプロセッサ最適戦略に近いエネルギー効率が達成される。
• 目標周波数が持続不能な場合、動的に周波数を上昇させることで、デッドライン遵守が保証される。
• タスクの移動により、必要に応じてより高い周波数での実行が可能となり、時間の空きを確保する。必要に応じて最大周波数にフォールバックする。
• 動的タスク再順序付けが可能であり、タスクの伸長や早期完了を活用することで、フレーム終了時のアイドル時間を活用し、エネルギー消費を削減できる可能性がある。
• NPハードな要素（例：パーティショニング、移動）はヒューリスティクスにより処理されており、今後の研究では、より高いパフォーマンスと低オーバーヘッドを実現するためのヒューリスティクスの改善を目指す。