[发明专利]基于热感知动态任务迁移的众核系统处理器资源调度方法

权利要求书

1.基于热感知动态任务迁移的众核系统处理器资源调度方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、检测等待序列是否为空；不为空，则映射等待序列里的每一个应用，再进行步骤二；若空则结束本次资源调度，等待下一个时钟周期开始时，进行步骤一；

步骤二、检测到达队列是否为空；若到达队列非空，则进行步骤三；若到达队列为空，则该时钟周期没有新应用到达，不需进行处理器资源调度，结束本次资源调度，等待下一个时钟周期开始时，进行步骤一；

步骤三、检测众核系统内是否没有应用运行，若没有应用运行，那么系统的N*N个处理器资源均可用，则用气泡-性能模型和等待时间模型分别为每个应用估算不同气泡下的执行时间和等待时间，作为分支界限中代价函数的计算输入，通过分支界限算法搜索应用的总响应时间最短的气泡分配结果；若有应用运行，则进行步骤四；

所述气泡-性能模型用于计算各应用在不同气泡数目下对应的执行时间，该模型为多项式回归模型，令应用的执行时间为Π_i，应用区域包含的气泡数目b_i，应用的关键路径跳数即加权路径最长的路径跳数h_i，应用中任务的平均计算时间c_i，应用中任务平均通信时间t_i，气泡-性能模型如下：

其中n₁～n₄为多项式阶数，α_k,β_k,γ_k,θ_k为模型的拟合系数，取值由极大似然法得到；为应用i的气泡数的k次方，为应用i关键路径跳数的k次方，为应用i中平均任务计算时间的k次方，为应用i的平均每两个任务间通信时间；

所述等待时间模型为给定当前应用的区域大小即气泡数和任务数之和，用于计算各应用在不同气泡数目下和当前到达率下对应的等待时间，该模型为多项式回归模型，当前应用的区域面积记为R，系统总处理器数量记为|T|，已映射应用的平均任务数记为|A_i|，令当前应用的等待时间为η_i，η_i由以下变量建模：r为已映射应用的平均气泡数-任务数比例，e为已映射应用的平均执行时间，λ为应用到达率，等待时间模型如下：

其中a₀为常数项，z为多项式阶数，r^j为已映射应用的平均气泡数-任务数比例的j次方，e^j为已映射应用的平均执行时间的j次方，λ^j为当前应用到达率的j次方，j为1到z的取值，δ_j，ε_j，μ_j为由极大似然回归得到的各参数项的拟合系数；

步骤四：若有应用运行，则系统的可用处理器被已占用的应用区域分割为一组不连续的空闲可用区域，用气泡-性能模型和等待时间模型分别为每个应用估算可选气泡数下的执行时间和等待时间，作为分支界限中代价函数的计算输入，通过分支界限算法搜索最佳的气泡分配结果；

步骤五、应用映射阶段：采用首次适应启发式算法选择空闲区域，再选择应用的映射模式进行映射；所述首次适应启发式算法为：在系统内从左到右，从上到下搜索空闲处理器，判断其是否能作为应用区域的起始点，能作为起始点的条件是起始点同排右侧空闲处理器数与同列下方空闲处理器数的乘积大于或等于应用区域面积；当找到第一个可作为应用区域的起始点的处理器，则将该处理器做为最左上角的空闲区域分配给该应用，若找不到可作为应用区域的起始点的处理器，则将应用放进等待队列；区域选定后，将应用以选择的模式映射在该区域内；所述选择应用的映射模式的方式为：当应用的气泡与任务数满足1：1时，应用选择方形映射模式；当应用的气泡与任务数不满足1：1时，应用选择通信优先的映射模式；

步骤六、应用运行阶段：根据应用的映射模式和自身的计算量-通信量比例(Computation communication rate，CCR)作为选择依据，为不同类型的应用选择迁移模式；所述迁移模式包括三种迁移模式，分别为：方形迁移模式、区域内最冷核迁移模式和区域内最冷邻居核迁移模式；

所述三种迁移模式具体实现过程如下:

(1)方形迁移模式，应用需满足方形映射且应用区域大小至少为任务数的两倍，调用时将所有任务与其当前映射的处理器解绑，将任务按任务序号顺序依次映射到应用区域的空闲区域内；

(2)区域内最冷核迁移模式，调用时由热点检测得到的任务ID定位到超出温度阈值的处理器即过热处理器上，接着在应用区域内搜索温度最低的处理器核，当找到一个温度最低的处理器核且满足区域内最冷核迁移模式的迁移条件，即该处理器是气泡即没有映射任务的空闲处理器，处理器上没有映射任务，将任务与过热处理器即原来的处理器解绑并映射到该处理器上，若无法满足区域内最冷核迁移模式的迁移条件，即最冷核不是气泡，对过热处理器做降频处理；

(3)区域内最冷邻居核迁移模式，调用时由热点检测得到的任务ID定位到过热处理器上，在与该处理器相邻的8个相邻核中搜索温度最低的处理器核，若搜索到的处理器核满足区域内最冷邻居核迁移模式的迁移条件，即其上已映射了任务但处理器核的温度不高于阈值温度的三分之二，或该处理器为气泡，则执行任务迁移，若该处理器中已有任务，交换该处理器和过热处理器上的任务，即双次解绑-重映射；若该处理器核处于空闲状态，执行单次解绑-重映射，若无法满足任务的迁移条件，即其温度高于阈值温度的三分之二，对过热处理器做降频处理；

所述步骤五根据应用的映射模式和其自身的计算量-通信量比例作为选择依据，各应用气泡数量最大不得超过其任务数量，选择迁移模式的条件如下：

若气泡数与任务数相等，为应用选择方形迁移模式以保持其通信距离在迁移过程中不变，且处理器将超频运行；

若气泡数与任务数不相等，为CCR大于阈值的应用选择区域最冷核迁移，为CCR小于阈值的应用选择区域最冷邻居核迁移，阈值取值为2h/(h-1)，h为应用关键路径跳数即加权路径最长的路径跳数。