面向多核架構上流套用軟體的節能調度與最佳化問題研究

《面向多核架構上流套用軟體的節能調度與最佳化問題研究》是依託西安電子科技大學，由劉惠擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：面向多核架構上流套用軟體的節能調度與最佳化問題研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：劉惠
• 依託單位：西安電子科技大學

中文摘要

本課題的研究目標是降低流套用軟體在嵌入式多核處理器上運行時的能耗，有效的延長採用電池供電的嵌入式設備的待機時間，改善終端用戶體驗。流套用具有周期執行的典型特徵，對其周期執行的核心模組進行節能調度與最佳化，將會顯著的降低整個套用軟體在運行時的最終能耗。本課題首先對現有流套用的內部模組依賴關係進行分析歸納，提出了單速率有向無環圖、單速率有向有環圖、寬鬆速率有向有環圖、寬鬆速率有向無環圖四種任務模型。基於所提任務模型，提出一種兩階段的節能調度策略，第一階段採用重定時技術設計算法實現任務並行化，然後求解最優軟體流水核心模式，再實施軟體流水調度提高套用的吞吐率，進而節省出處理器空閒時隙；第二階段基於實用化的處理器能耗模型，利用空閒時隙，最佳化組合DVS、DPM、ABB節能技術，提出採用遺傳算法或其它計算智慧型方法對多核上的流套用進行節能調度與最佳化，在不違背套用性能要求的前提下，以更少的能耗完成套用的計算。

結題摘要

本課題圍繞調度算法展開理論和套用研究。隨著大數據、雲計算技術、感測器網路與移動智慧型感知技術的迅猛發展，這些領域中的調度問題變得更加迫切和重要，因此本課題分三個方面展開調度研究。研究集群與雲平台環境下的調度算法。研究多核多處理器上的節能任務調度算法。研究無線感測器網路中的節能調度算法。另外還研究了基於智慧型移動設備的新型室內定位方法。 首先，分析了大規模開源軟體Torque集群的原始碼，擴展了Toque集群資源管理以及調度器模組源碼，使原本不支持GPU設備的Torque集群平台支持異構集群。然後在異構集群上研究流套用的調度算法及套用並行化方法，提出了基於剩餘計算能力的自適應負載均衡算法和基於分散-聚合的並行套用調度最佳化算法，將GPU並行和集群並行相結合，提高套用性能。 其次，針對多處理器節能調度，研究可建模成DAG任務模型的套用的節能調度問題。DAG任務模型用來表示套用內部模組之間的依賴關係，節能調度算法要考慮吞吐率、性能、能耗三者關係。通過對DAG進行圖變換，結合軟體流水調度以及DVS技術設計了節能調度算法，在能耗與性能之間求得平衡。 第三，研究了在異構感測器網路中利用移動節點進行數據採集與調度問題。在異構感測器網路中，數據產生速率不一，鏈路質量不穩定，感測器蒐集到的數據在傳輸過程中不能被融合，在這樣的網路中，提出了移動節點數據規約與調度方法，在給定時限內收集數據，並在有限的能耗條件下延長網路工作時間。 最後，在移動智慧型感知領域，項目組做了一些室內定位研究工作。不但可以利用傳統的無線信號進行室內定位，還設計了算法和系統，利用智慧型手機的聽筒感知周圍環境聲音，然後分析聲音進行活動感知。在Android手機上構建了原型系統採集了61個室內位置點，由100名志願者在兩個月時間內用不同電話進行實驗數據採集。 項目完成9篇論文，7篇已發表，2篇已錄用。其中，被SCI檢索4篇，中文期刊1篇，國際會議論文2篇，已經錄用中文期刊2篇。完成3個專利申請，其中1個已經授權。項目組總共研製了5個軟體或原型系統，分析原始碼上萬行。已經培養學生十多人，包括8名畢業的碩士生、在讀的7名碩士生和若干本科生。