[논문 리뷰] Semi-Federated Scheduling of Parallel Real-Time Tasks on Multiprocessors

Xu Jiang, Nan Guan외 2명|arXiv (Cornell University)|2017. 05. 09.

Real-Time Systems Scheduling참고 문헌 31인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 다중 코어에서 병렬 실시간 작업 스케줄링에서 자원 낭비를 줄이기 위해 준-페더레이티드 스케줄링을 제안한다. 작업이 요구하는 용량의 정수 부분만 전용 프로세서에 할당하고, 분수 부분은 공유 프로세서에 할당된 저부하 컨테이너 작업을 통해 스케줄링함으로써, 페더레이티드 및 기타 최신 기법들보다 스케줄링 가능성과 자원 활용도를 크게 향상시킨다.

ABSTRACT

Federated scheduling is a promising approach to schedule parallel real-time tasks on multi-cores, where each heavy task exclusively executes on a number of dedicated processors, while light tasks are treated as sequential sporadic tasks and share the remaining processors. However, federated scheduling suffers resource waste since a heavy task with processing capacity requirement $x + ε$ (where $x$ is an integer and $0 < ε< 1$) needs $x + 1$ dedicated processors. In the extreme case, almost half of the processing capacity is wasted. In this paper we propose the semi-federate scheduling approach, which only grants $x$ dedicated processors to a heavy task with processing capacity requirement $x + ε$, and schedules the remaining $ε$ part together with light tasks on shared processors. Experiments with randomly generated task sets show the semi-federated scheduling approach significantly outperforms not only federated scheduling, but also all existing approaches for scheduling parallel real-time tasks on multi-cores.

연구 동기 및 목표

• 페더레이티드 스케줄링에서 용량 x+ε(0<ε<1)이 필요한 작업이 x+1개의 전용 프로세서를 할당받는다는 점에서 발생하는 자원 낭비 문제를 해결하기 위해.
• 중량 작업의 분수 처리 용량(ε)을 공통 프로세서에서 경량 작업과 공유할 수 있는 스케줄링 프레임워크를 개발하기 위해.
• 공유된 분수 실행 환경 하에서 DAG 작업의 이론적 응답 시간 분석을 제공하여, 경량 작업 및 다른 분수 부분으로 인한 간섭에도 시간 보장을 가능하게 하기 위해.
• 페더레이티드, 글로벌, 분해 기반 스케줄링보다 스케줄링 가능성과 자원 효율성 측면에서 뛰어난 성능을 보이는 두 가지 준-페더레이티드 스케줄링 알고리즘을 설계하고 평가하기 위해.

제안 방법

• 중량 작업을 임계 경로 길이와 총 작업량을 갖는 DAG로 모델링하고, 밀도 >1인 작업을 중량 작업, 밀도 ≤1인 작업을 경량 작업으로 분류한다.
• 작업의 요구 용량 x+ε에서 정수 부분 x만 전용 프로세서에 할당하고, 나머지 ε 부분은 공유 프로세서에 부하 한계 ε를 갖는 순차적 컨테이너 작업을 통해 스케줄링한다.
• 균일 다중프로세서 스케줄링에서 유도된 응답 시간 분석을 변형하여 분수 부분에 대한 간섭을 제한하며, 이를 마치 느린 프로세서에서 실행되는 것처럼 간주한다.
• 모든 컨테이너 작업과 경량 작업을 공유 프로세서에 파artitioned EDF로 스케줄링하여 간섭 한계 하에서도 스케줄링 가능성을 보장한다.
• 첫 번째 알고리즘을 향상시키기 위해 ε 부분을 두 개의 컨테이너 작업(예: ε1과 ε2, ε1+ε2=ε)으로 분할하여 큰 분수 부분에 대해 자원 활용도를 향상시킨다.
• 부하 한계 기반 컨테이너 모델을 정식화하여 균일 다중프로세서 플랫폼에서의 분석을 동종 다중프로세서 플랫폼으로 이관할 수 있도록 한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 준-페더레이티드 스케줄링은 시간 보장 없이 병렬 실시간 작업 스케줄링에서 자원 낭비를 줄일 수 있는가?
• RQ2 경량 작업과 함께 스케줄링될 때 중량 작업의 분수 부분이 공유 프로세서에서 발생하는 간섭을 어떻게 제한할 수 있는가?
• RQ3 분수 부분을 여러 개의 컨테이너 작업으로 분할할 경우 스케줄링 가능성과 자원 활용도에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 준-페더레이티드 스케줄링은 페더레이티드, 글로벌, 분해 기반 스케줄링과 비교해 스케줄링 가능성과 프로세서 요구량 측면에서 어떻게 다른가?

주요 결과

• 준-페더레이티드 스케줄링은 특히 중량 작업의 평균 최소 용량 요구량 γi가 낮을 경우 페더레이티드 스케줄링보다 스케줄링 가능성을 크게 향상시킨다.
• γi가 작을 경우 SF[x+1] 알고리즘은 페더레이티드 스케줄링 대비 최대 30%까지 필요한 프로세서 수를 줄일 수 있으며, γi ≈ 1 근처에서 가장 큰 성과를 기록한다.
• 분수 부분을 두 개의 컨테이너로 분할하는 SF[x+2] 알고리즘은 큰 컨테이너 작업이 존재하는 상황에서도 높은 성능을 유지하며, 공유 프로세서에서의 작업 크기가 클 경우 SF[x+1]보다 뛰어난 성능을 보인다.
• 실험 결과 준-페더레이티드 스케줄링은 글로벌 및 분해 기반 스케줄링을 포함한 모든 기존 기법들보다 더 높은 자원 활용도와 스케줄링 가능성을 확보한다.
• 분수 부분을 저부하 컨테이너 작업으로 모델링함으로써 공유 프로세서에서의 간섭을 효과적으로 제한하고, 공식적인 응답 시간 분석과 시간 보장을 가능하게 한다.