[논문 리뷰] Multiprocessor Global Scheduling on Frame-Based DVFS Systems

Vandy Berten, Joël Goossens|ArXiv.org|2008. 09. 24.

Parallel Computing and Optimization Techniques참고 문헌 9인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 실행 시간이 확률적으로 분포된 프레임 기반 동적 전압 및 주파수 스케일링(DVFS)을 갖춘 다중프로세서 시스템을 대상으로 하는 새로운 글로벌 스케줄링 알고리즘을 제안한다. 가상 정적 파artitioning과 나머지 프레임 시간을 기반으로 한 주파수 적응형 작업 스케줄링을 조합함으로써, 스케줄러가 가능한 한 에너지 소비를 최소화하면서도 실행 가능성 보장을 보장하며, 멀티코어 환경에서 단일프로세서 최적 전략에 가까운 성능을 달성한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 확률적 작업 실행 시간과 이산적 DVFS 주파수를 갖는 다중프로세서 시스템에 대한 글로벌 스케줄링 알고리즘이 부족한 문제를 해결하기 위해.
• 작업이 프로세서 간 이동이 가능하고 실행 시간이 사전에 알려지지 않은 다중프로세서 시스템에서 실행 가능성을 보장하기 위해.
• 남은 프레임 시간과 시스템 가용성을 기반으로 작업 주파수를 동적으로 적응시킴으로써 에너지 소비를 최소화하기 위해.
• 이전에 시간에 따라 변하는 주파수 함수에 기반한 단일프로세서 최적 스케줄링 기법을 다중프로세서 글로벌 스케줄링 환경으로 확장하기 위해.
• 시뮬레이션을 통한 검증을 수행하며, 향후 연구는 슬랙 활용, 주파수 스케일링, 전력 인식 최적화에 초점을 맞출 것이다.

제안 방법

• 모든 프로세서에 걸쳐 각 작업에 대해 시간 슬롯을 확보하기 위해 가상 정적 파artitioning 단계를 사용함으로써, 고정된 작업-프로세서 할당 없이도 실행 가능성을 보장한다.
• 단일프로세서 최적 스케줄링에서 유도된 시간에 의존하는 주파수 함수 $\hat{S}_i(d)$를 사용하여, 프레임 종료까지 $d$ 단위 시간이 남았을 때 작업 $\tau_i$의 이상적 주파수를 결정한다.
• 프로세서가 가용해지면, 목표 주파수 $f = \hat{S}_i(d)$가 유지 가능한지 확인한다; 유지 불가능할 경우 마감일을 지키기 위해 다음으로 높은 주파수로 증가시킨다.
• 작업 이동 메커니즘을 포함한다: 목표 주파수에서 스케줄링이 불가능할 경우, 다른 작업을 프로세서에서 이동시켜 시간을 확보한다.
• 동적 작업 순서 전략을 사용하여 재정렬이 가능하게 하여 에너지 효율성을 향상시키되, 실행 가능성 보장을 유지한다.
• 모든 프로세서의 가용 시간을 계산하고 현재 실행 중인 작업의 최악의 종료 시간을 기반으로 주파수를 조정함으로써, 프레임 수준의 제약 조건을 처리한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 이산적 DVFS를 사용하는 확률적 작업 실행 시간을 갖는 다중프로세서 시스템에서 글로벌 스케줄링을 실행 가능하고 에너지 효율적으로 만들 수 있는가?
• RQ2 단일프로세서 최적 주파수 적응 전략은 어떻게 다중프로세서 글로벌 스케줄링과 작업 이동 기능을 갖춘 환경으로 확장할 수 있는가?
• RQ3 어떤 가상 파artitioning 전략이 다중코어 프레임 기반 시스템에서 실행 가능성을 보장하면서도 동적 주파수 적응을 가능하게 하는가?
• RQ4 프레임 경계에서의 슬랙 시간은 어떻게 활용하여 에너지 소비를 추가로 줄일 수 있는가?
• RQ5 히우리스틱 기반의 작업 이동 및 주파수 조정은 마감일을 위반하지 않으면서 얼마나 에너지 효율성을 향상시킬 수 있는가?

주요 결과

• 가상 정적 파artitioning을 사용하여 다중프로세서 시스템 전반에 걸쳐 각 작업에 대해 시간을 확보함으로써, 작업이 동적으로 이동하더라도 실행 가능성을 보장한다.
• 남은 프레임 시간을 기반으로 $\hat{S}_i(d)$ 함수를 사용해 각 작업의 주파수를 적응시킴으로써, 단일프로세서 최적 전략에 근접한 에너지 효율성을 달성한다.
• 목표 주파수가 유지 불가능할 경우 주파수를 동적으로 조정하여 다음으로 높은 주파수로 증가시킴으로써 마감일 준수를 보장한다.
• 작업 이동을 통해 프로세서에서 시간을 확보하고, 필요에 따라 높은 주파수로 실행할 수 있도록 하며, 필요 시 최대 주파수로의 백업을 제공한다.
• 동적 작업 재정렬이 가능하며, 작업 연장 또는 조기 완료를 통해 프레임 종료 시의 유휴 시간을 활용하여 에너지 소비를 추가로 줄일 수 있다.
• NP-완전 문제(예: 파artitioning, 이동)를 히우리스틱을 통해 처리하도록 설계되었으며, 향후 연구는 이러한 히우리스틱의 향상으로 성능 향상과 오버헤드 감소를 목표로 한다.