【技術實現步驟摘要】
一種基于異構多核架構的類型化任務聯合調度系統及方法
[0001]本專利技術涉及多處理器的多任務聯合調度
，尤其涉及一種基于異構多核架構的類型化任務聯合調度系統及方法。
技術介紹
[0002]近年來，異構多核處理器因其出色的計算性能和并行任務處理能力，被廣泛地應用于智能手機、自動化機器人、可穿戴設備等移動嵌入式電子產品中。然而，受限于電池技術的緩慢發展，移動設備在性能提升的同時，還要滿足一定的能耗限制。傳統的性能提升技術主要依靠提高內核頻率來提升性能，但也帶來了能耗的增加。因此，在一定的能量消耗的條件下，我們需要探索如何盡可能提高異構多核處理器的性能。
[0003]異構多核系統的性能可以通過負載均衡進行優化。目前大量研究將系統建模為不同的排隊模型，采用基于排隊理論的負載均衡方法。該類研究的主要目標是最小化任務的平均響應時間，且均考慮任務排隊系統為無限容量。然而，當任務數量過多時，會導致處理器系統出現過載現象，后到達的任務將處于無限等待狀態，最終造成額外的等待時延。
[0004]另一方面，任務類型逐漸成為多處理器系統中性能優化的主要關注點。一些研究側重于一種類型的任務，而另外一些研究則側重于多種類型的任務。側重多類型任務的相關研究均考慮了類型化任務的性能優化或功率優化，但大部分研究都是將某一類任務視為可預加載的，再基于此研究另外一類任務的負載調度策略，很少有文獻提到類型化任務的聯合調度問題。然而，類型化任務之間的約束關系對任務調度至關重要。
[0005]因此，綜合上述問題，現有技術需要一種在...
【技術保護點】
【技術特征摘要】
1.一種基于異構多核架構的類型化任務聯合調度系統，其特征在于，包括任務請求端、任務管理器、全局調度器、隊列緩存器和任務調度器；所述任務請求端用于向所述任務管理器提交來自不同終端用戶的實時任務請求和非實時任務請求，并設置實時任務的優先級高具有強搶占特性，非實時任務優先級低；所述任務管理器用于接收所述實時任務請求和所述非實時任務請求，并分別按照這兩類任務的到達時間形成包括實時任務流和非實時任務流的混合類型化任務流，然后將所述混合類型化任務流發送至所述全局調度器；所述全局調度器用于接收所述混合類型化任務流，并根據聯合調度機制將其劃分多個實時任務子流和非實時任務子流，同時確定各個任務子流的任務參數和各個任務子流之間的執行順序；所述隊列緩存器用于有限緩存兩類所述任務子流，并結合任務執行順序進行隊列排序，得到多個等待隊列；所述任務調度器用于并行接收多個所述等待隊列，并將多個所述等待隊列中的任務子流分配至多個本地調度器，以及根據系統能量動態調整每個本地調度器中各個處理器的速度。2.根據權利要求1所述的一種基于異構多核架構的類型化任務聯合調度系統，其特征在于，所述聯合調度機制的聯合調度過程為：給定n個多核本地調度器S1,S2,...,S
n
，任務平均大小實時任務總到達率λ
′
，非實時任務總到達率λ
″
，實時任務的截止期限T
dead
，以及電源可用功率求本地調度器上實時任務到達率λ
′1,λ
′2,...,λ
′
n
，非實時任務到達率λ1″
,λ2″
,...,λ
n
″
，以及處理器速度s1,s2,...,s
n
，使得在系統能量約束下，非實時任務的平均響應時間最小化，同時滿足實時任務的最大響應時間不超過其截止期限，其中本地調度器S
i
具有c
i
個速度為s
i
、容量為m
i
、靜態功耗為P
i*
的同構多核處理器，i＝1,2,...,n。3.根據權利要求2所述的一種基于異構多核架構的類型化任務聯合調度系統，其特征在于，所述聯合調度機制的聯合調度過程數學化表達為類型化任務聯合調度問題：P1:minT
″
(λ
′1,λ
′2,...,λ
′
n
,λ1″
,λ2″
,...,λ
n
″
,s1,s2,...,s
n
)s.t.C1:ρ
i
″
＜1C2:λ
′1+λ
′2+...+λ
′
n
＝λ
′
C3:λ1″
+λ2″
+...+λ
n
″
＝λ
″
C4:T
′
max
(λ
′1,λ
′2,...,λ
′
n
,s1,s2,...,s
n
)≤T
dead
其中，表示非實時任務在系統中的平均響應時間，T
i
″
表示非實時任務在所述本地調度器S
i
中的平均響應時間；ρ
i
″
表示所述本地調度器S
i
中實時任務和非實時任務的總核心利用率；約束條件C1表示系統處于平衡狀態的約束條件，即其中1≤i≤n；C2表示實時任務的總到達率約束；C3表示非實時任務的總到達率約束；C4表示實時任務的最大響應時間T
′
max
不超過截止期限T
dead
，即實時任務的時限
約束，其中是實時任務分布λ
′1,λ
′2,...,λ
′
n
和處理器速度s1,s2,...,s
n
的函數，T
i
′
表示實時任務在所述本地調度器S
i
中的平均響應時間，其中i∈N＝{1,2,...,n}；C5表示系統的平均功率消耗P不超過系統可用功率P，即系統的能量約束；min表示取最小，max表示取最大。4.根據權利要求3所述的一種基于異構多核架構的類型化任務聯合調度系統，其特征在于：根據任務之間的優先級約束，將所述類型化任務聯合調度問題分解為實時任務調度問題和非實時任務調度問題，分別對所述實時任務調度問題和所述非實時任務調度問題進行求解得到實時任務和非實時任務在所述本地調度器中的負載分布；其中所述實時任務調度問題為：在考慮實時任務截止期限和負載均衡需求的同時，優化實時任務的最大響應時間，求解實時任務在所述本地調度器中的負載分布；所述實時任務調度問題表示為：P2:min T
′
max
(λ
′1,λ
′2,...,λ
′
n
)＝max{T1′
(λ
′1),T
′2(λ
′2),...,T
′
n
(λ
′
n
)}s.t.C6:F
′
(λ
′1,λ
′2,...,λ
′
n
)＝λ
′
C7:T
′
max
(λ
′1,λ
′2,...,λ
′
n
)≤T
dead
C8:σ≤ε其中，約束條件C6是C2的變型，且F
′
表示各個實時任務子流的到達率之和，即F
′
(λ
′1,λ
′2,...,λ
′
n
)＝λ
′1+λ
′2+...+λ
′
n
；約束條件C7是C4的變型；約束條件C8是實時任務負載均衡約束，ε為負載均衡因子，取值范圍為0≤ε≤10
?2；σ為負載均衡有效度，表示為其中表示實時任務在系統中的平均任務完成時間；采用慣性權重系數粒子群優化方法迭代更新負載均衡策略，在滿足任務時限約束下，求解所述實時任務調度問題。5.根據權利要求4所述的一種基于異構多核架構的類型化任務聯合調度系統，其特征在于，所述非實時任務調度問題為：在系統功率約束下，以最小化非實時任務的平均響應時間為目標進行負載分配；所述非實時任務調度問題表示為：P3:minT
″
(λ1″
,λ2″
,...,λ
n
″
,s1,s2,...,s
n
)C10:F(λ1″
,λ2″
,...,λ
n
″
)
?
λ
″
＝0C11:G(s1,s2,...,s
n
)+β
?
T
dead
＝0其中，約束條件C9,C10,C11,C12分別為C1,C3,C4,C5的變型，且在約束條件C10中F表示各個非實時任務子流的到達率之和，即F(λ1″
,λ2″
,...,λ
n
″
)＝λ1″
+λ2″
+...+λ
n
″
；約束條件C11中的G表示實時任務的最大響應時間，即且0≤β＜T
dead
，i∈N＝{1,2,...,n}；為考慮問題的極限情況，假設約束條件C12中的能量消耗P等于系統可用功率
6.一種基于異構多核架構的類型化任務聯合調度方法，其特征在于，包括步驟：S1、獲取來自不同終端用戶的實時任務請求和非實時任務請求，并設置實時任務的優先級高具有強搶占特性，非實時任務優先級低；S2、分別按照實時任務和非實時任務的到達時間形成包括實時任務流和非實時任務流的混合類型化任務流；S3、根據聯合調度機制將其劃分多個實時任務子流和非實時任務子流，同時確定各個任務子流的任務參數和各個任務子流之間的執行順序；S4、有限緩存兩類所述任務子流，并結合任務執行順序進行隊列排序，得到多個等待隊列；S5、并行接收多個所述等待隊列，并將多個所述等待隊列中的任務子流分配至多個本地調度器，以及根據系統能量動態調整每個本地調度器中各個處理器的速度。7.根據權利要求6所述的一種基于異構多核架構的類型化任務聯合調度方法，其特征在于，在所述步驟S3中，所述聯合調度機制的聯合調度過程為：給定n個多核本地調度器S1,S2,...,S
n
，任務平均大小實時任務總到達率λ
′
，非實時任務總到達率λ
″
，實時任務的截止期限T
dead
，以及電源可用功率求本地調度器上實時任務到達率λ
′1,λ
′2,...,λ
′
n
，非實時任務到達率λ1″
,λ2″
,...,λ
n
″
，以及處理器速度s1,s2,...,s
n
，使得在系統能量約束下，非實時任務的平均響應時間最小化，同時滿足實時任務的最大響應時間不超過其截止期限，其中本地調度器S
i
具有c
i
個速度為s
i
、容量為m
i
、靜態功耗為P
i*
的同構多...
【專利技術屬性】
技術研發人員：于彥濤，文小洪，潘偉，劉國金，牛彬，黃心雨，歐陽水清，黃天聰，吳玉成，
申請(專利權)人：國網山西省電力公司晉中供電公司北京智芯微電子科技有限公司，
類型：發明
國別省市：
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