[论文解读] 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 4

一句话总结

该论文提出了一种针对具有基于帧的动态电压频率调节（DVFS）的多处理器系统的新型全局调度算法，其中任务执行时间呈随机分布。通过结合虚拟静态分区与基于剩余帧时间的频率自适应任务调度，该方法在确保可调度性的同时最小化能耗，在多核环境下实现了接近单处理器最优策略的性能。

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.

研究动机与目标

• 解决缺乏适用于具有随机任务执行时间与离散DVFS频率的多处理器系统的全局调度算法的问题。
• 确保在任务可跨处理器迁移且执行时间事先未知的多处理器系统中具备可调度性。
• 通过基于剩余帧时间和系统可用性的动态调整任务频率，最小化能耗。
• 将先前基于时间相关频率函数的单处理器最优调度技术扩展至多处理器全局调度环境。
• 通过仿真验证该方法，未来工作将聚焦于空闲时间利用、频率调节及电源感知优化。

提出的方法

• 该方法使用虚拟静态分区阶段，为所有处理器上的每个任务预留时间槽，确保可调度性，且无需固定的任务到处理器的分配。
• 采用时间相关频率函数 $\hat{S}_i(d)$，该函数源自单处理器最优调度，用于根据距离帧结束 $d$ 个单位时间时确定任务 $\tau_i$ 的理想频率。
• 当处理器可用时，调度器检查目标频率 $f = \hat{S}_i(d)$ 是否可维持；若不可行，则提高频率以满足截止时间。
• 该算法包含任务迁移机制：若任务无法在目标频率下调度，则尝试将其他任务从处理器上移除以释放时间。
• 采用动态任务排序策略，允许重新排序以提升能效，同时保持可调度性保证。
• 通过计算所有处理器上的可用时间并根据当前运行任务的最坏情况结束时间调整频率，处理帧级约束。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否在具有随机任务执行时间的多处理器系统中，通过离散DVFS实现既可调度又节能的全局调度？
• RQ2 如何将单处理器最优频率自适应策略适配至支持任务迁移的多处理器全局调度环境？
• RQ3 何种虚拟分区策略可确保可调度性，同时在多核基于帧的系统中支持动态频率自适应？
• RQ4 如何利用帧边界处的空闲时间进一步降低能耗？
• RQ5 启发式任务迁移与频率调整在不违反截止时间的前提下，能在多大程度上提升能效？

主要发现

• 所提出的算法通过使用虚拟静态分区在多处理器系统中为每个任务预留时间，即使任务动态迁移，也能确保可调度性。
• 通过基于 $\hat{S}_i(d)$ 函数根据帧内剩余时间调整每个任务的频率，该算法实现了接近单处理器最优策略的能效。
• 当无法维持目标频率时，算法动态调整频率，通过提升至下一个可用的更高频率来确保截止时间合规。
• 任务迁移用于释放处理器上的时间，以在需要时实现更高频率执行，若必要则回退至最高频率。
• 该方法支持任务的动态重新排序，可通过任务拉伸或提前完成，利用帧末的空闲时间，潜在降低能耗。
• 该方法通过启发式方法处理NP难组件（如分区、迁移），未来工作旨在改进这些启发式方法以提升性能并降低开销。