基于多核处理器的任务调度技术研究

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随着多核技术的快速发展,多核处理器得到广泛应用,在多核处理器上进行应用服务编程时,往往面临着任务调度的问题。多核处理器中计算核心数量的快速增长,提升了多核处理器的计算和并行处理能力。如何针对应用需求,协同调度多个计算核心处理应用服务程序,降低应用服务的执行时间,提高应用服务的并发能力,成为任务调度面临的主要难题。任务调度的目标是将应用服务中的任务及其子任务调度到适当的计算核心上,以最小化任务的执行时间,并保障核间负载均衡。依托于国家高技术研究发展计划(863)课题和中国科学院战略性先导科技专项课题,文本开展基于多核处理器的任务调度技术研究。  本文首先介绍了多核处理器的发展和体系结构,详细分析了多核处理器的任务调度研究现状。针对启发式的任务调度算法,本文着重研究了基于多核处理器的任务调度及其在数据采集器和流媒体系统中的应用与优化技术。  主要研究内容与成果如下:  (1)本文针对多核处理器中并行任务的任务调度问题,提出了一种基于多核处理器的启发式列表任务调度算法。本文提出的算法合理地调度单个任务中有依赖关系的子任务到适当的计算核心,以缩短单个任务的执行时间;同时,在并行任务调度条件下,缩短每个独立并行任务的执行时间,保障核间负载均衡。通过仿真实验分析,在单个和并行任务调度条件下,采用不同特征的随机任务图,在子任务间通信开销增大以及并行任务数增多的情况下,本文提出的算法的任务执行时间少于经典算法。  (2)针对基于多核网络处理器的数据采集器,采用本文提出的任务调度算法,解决网络协议采集任务的调度问题。本文分析了数据采集器中网络协议采集的任务类型,分加密和不加密协议两种类型,以RDP远程桌面协议的加密数据采集为例,进行了详细说明。通过仿真和实际系统实验,构建不同特征的网络协议采集任务图,在子任务间通信开销与计算开销接近以及并行任务数增多的情况下,本文提出的算法的任务执行时间少于经典算法,且具有最强的单核调度能力。  (3)针对基于多核网络处理器的流媒体系统,提出了一种基于关键阶段的虚拟流水线调度模型,解决流媒体任务的调度问题。该调度模型继承了虚拟流水线调度模型的负载均衡度和并行处理性能高的优势,结合本文提出的调度算法,通过减少关键阶段子任务间的通讯开销,进而减少了流媒体任务的执行时间。在流媒体系统中进行信令和流化任务的实验,本文提出的调度模型继承了虚拟流水线调度模型并行处理性能高的优势,且缩短了流媒体任务的执行时间。  (4)针对基于多核网络处理器的流媒体系统,提出了一种有限带宽资源的调度算法,解决流媒体系统中媒体数据流的调度问题。在流媒体系统中,每一路媒体数据流需要占用一定的带宽资源,而流媒体系统的网口数量和网口带宽资源是有限的。通过将媒体数据流调度到适当的网口,保障网口间带宽资源的负载均衡和系统服务不间断。本文提出的调度算法包括三个部分:负载均衡、服务迁移和出错服务迁移,保障了网口间带宽资源的负载均衡,预防了网口的满载,解决了故障网口的服务迁移问题。通过仿真和实际系统实验,本文提出的调度算法提高了网口间带宽资源的负载均衡,保障了系统的稳定性。
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