[发明专利]一种基于线性规划的并行任务节能调度方法

说明书

本发明公开了一种基于线性规划的并行任务节能调度方法，包括如下步骤：首先通过现有的性能优先任务调度方法得到确定任务初始调度序列以及任务和处理器节点的映射关系，然后将任务的执行过程按照所在处理器的频率数进行时间分片，并构造线性的节能目标函数和约束条件，最后通过线性规划工具求解合理的时间分片值。本发明从全局考虑、不限定待选频率数量和范围，且具有更低的能耗，适用于多种性能优先的任务调度方法，不增加调度长度。

技术领域

本发明涉及计算机并行任务调度技术领域，涉及一种并行任务调度方法，更为具体的说 是涉及集群计算环境下的并行DAG任务节能调度方法。

背景技术

随着并行计算技术的发展，大规模应用一般交由集群系统的多个处理器节点并行执行以 获得较短完成时间。为实现计算并行，应用被分解为多个存在依赖关系和通信需求的任务， 通常用有向无环图DAG表示。应用的完成时间是指给定应用中最后一个任务的完成时间 makespan。并行任务调度研究的问题就是如何把任务集在时间和空间上最优化地分配到一组 处理器节点以获得最佳的并行效果。研究证明该问题是一个NP完全问题，通常采用启发式 或元启发式算法获得近似最优解。

传统的DAG任务调度方法一般以最小化应用完成时间为指标，可称之为性能优先的调 度方法。经典的方法包括HEFT、HEFD、Lookahead和PEFT等。性能优先的调度结果是：确定各任务与处理器的映射方案，并且该方案能够实现Makespan最小化。然而，为实现性能最优，上述方法要求所有处理器节点工作在最高频率，即使调度序列中存在因等待依赖关系 满足而产生的松弛时间。这种工作方式不利于通过处理器的动态调频调压功能DVFS对调度 过程实施节能优化。目前的主流处理器均支持DVFS，例如Intel的SpeedStep和AMD的PowerNow！。除此之外，DVFS已被集成到Linux操作系统内核中并作为一个独立的模块，称之为CPUFreq，处理器可以根据其使用率自动调节工作电压和频率以实现节能的目的。常见的并行任务节能调度算法有R-DVFS、MMF-DVFS和MVFS-DVFS等，它们均是在处理器 DVFS功能基础上，再利用调度过程中的松弛时间达到整体节能的目的。下面简要介绍与本 发明方法较相关的并行任务节能调度方法MMF-DVFS和MVFS-DVFS。

MMF-DVFS(Maximum-Minimum-Frequency for DVFS)算法突破了已有方法中每个任务 仅运行在一个优化频率的模式，通过构造处理器最大和最小频率的线性组合，充分发掘利用 调度序列中的松弛时间以获得处理器尽可能多的低能耗状态运行。首先按照公式(3)建立单 个任务执行的能耗优化目标函数：

其中f_max和f_min分别表示任务所在处理器的最大和最小频率，t₁和t₂则分别指处理器工作 在最大和最小频率的时间，T表示该任务总的占用处理器时间(包括运行时间和空闲时间)， P_Idle指处理器空闲时的功耗。该算法的基本优化思路如下：

①通过现有的性能优先调度算法确定任务和处理器的映射关系，即调度序列；

②从调度序列中选择一个待优化的任务，通过R-DVFS算法求解该任务的单个优化工作频 率f_RD及其运行时间t_RD；

③通过公式(4)的再优化判别式判断是否需要进行最大最小频率组合优化：

若不等式满足，进入步骤④，否则直接进入步骤⑤；