[發(fā)明專利]一種基于時(shí)間片利用率的低功耗調(diào)頻方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310692951.5
• 申請日: 2013-12-17
• 公開（公告）號: CN103645797A
• 公開（公告）日: 2014-03-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡威;鄒代坤;胡雷;張凱;郭宏;李偉強(qiáng);張若凡;徐景;譚練;江若成
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢科技大學(xué)
• 主分類號: G06F1/32
• 分類號: G06F1/32
• 代理公司: 武漢科皓知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 42222
• 代理人: 張火春

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于低功耗調(diào)頻技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于時(shí)間片利用率的低功耗調(diào)頻方法。

背景技術(shù)

隨著IT產(chǎn)品功能日益強(qiáng)大，消耗的功率也隨之逐漸增高。如今，由十億個晶體管構(gòu)成的芯片，額外漏電已經(jīng)達(dá)到60～70瓦。功耗的提高也帶來了散熱量的增加，對散熱設(shè)備的要求也越來越高。比如，一個數(shù)據(jù)中心產(chǎn)生的熱量70%來源于各種IT設(shè)備。作為信息化業(yè)務(wù)的核心載體，大量的計(jì)算設(shè)備通常必須長時(shí)間不間斷運(yùn)行，從而帶來了巨大的電能消耗。比如，服務(wù)器和數(shù)據(jù)中心的能耗占IT產(chǎn)品總能耗的30%以上。但是，服務(wù)器的平均利用率卻僅有10～15%?？梢姺?wù)器浪費(fèi)了巨大的能量。

軟件節(jié)能技術(shù)主要通過系統(tǒng)軟件對硬件運(yùn)行時(shí)的控制，通過動態(tài)調(diào)節(jié)硬件的工作狀態(tài)達(dá)到節(jié)能的目的。當(dāng)前的主要硬件設(shè)備（處理器、外存、顯示器、網(wǎng)卡等）都提供了簡單的功耗管理接口，當(dāng)這些設(shè)備處于空閑狀態(tài)時(shí)，都可被置于低功耗狀態(tài)達(dá)到節(jié)省功耗的目的。軟件節(jié)能技術(shù)通過對設(shè)備功耗接口的利用，通過運(yùn)行時(shí)的系統(tǒng)狀態(tài)改變設(shè)備狀態(tài)，達(dá)到節(jié)能的目的。

動態(tài)電壓調(diào)節(jié)DVS(Dynamic?Voltage?Scheduling)技術(shù)主要解決了一個頻率與內(nèi)核電壓同步調(diào)整的協(xié)同和模塊化問題，其前提是處理器的負(fù)載一直在變，當(dāng)處理器的利用率較低時(shí)，通過DVS技術(shù)降低處理器電壓與頻率，同時(shí)不影響性能。目前主要存在三類DVS手段：Interval-based?approaches、inter?task?approaches、intra?task?approaches。Interval-Based?Approaches技術(shù)主要采用的是在某個時(shí)間段或者某幾個時(shí)間段內(nèi)處理器忙碌程度進(jìn)行采樣，然后對系統(tǒng)下面幾個時(shí)間段內(nèi)有可能的情況作一個評估，根據(jù)評估結(jié)果對處理器的頻率進(jìn)行調(diào)整，這種算法根據(jù)對未來處理器利用率的評估算法不同，進(jìn)行了進(jìn)一步的劃分。Inter?task?Approaches技術(shù)采用對不同的task定義一個不同的處理器頻率的技術(shù)，這種技術(shù)要求程序在整個過程中都是使用同一個頻率。

Intra?task?Approaches技術(shù)在操作系統(tǒng)層面上主要有兩種基本方法，分別是PACE和Stochastic?DVS。這兩種基本方法在某個任務(wù)每次運(yùn)行時(shí)都為它選擇一個適當(dāng)?shù)念l率，這個頻率的選擇主要是根據(jù)以前這個任務(wù)運(yùn)行時(shí)測到的負(fù)載的概率分布。這兩個算法的主要區(qū)別在于他們的代價(jià)函數(shù)，Stochastic?DVS認(rèn)為能耗和供電電壓的平方成正比，而PACE認(rèn)為能耗是和處理器頻率的平方成正比。

在OS層面，存在基于的intra-task的DVS方法，將DVS技術(shù)和EDF算法結(jié)合，將程序分為兩個子程序，其中上半部分程序運(yùn)行在最高頻率，而下半部分程序就可以運(yùn)行得足夠慢，只要保證兩者運(yùn)行時(shí)間之和低于這個程序的整體平均運(yùn)行時(shí)間。另外還有一些基于編譯器實(shí)現(xiàn)intra-task展開。

現(xiàn)有方法進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，往往考慮的是系統(tǒng)所有任務(wù)的運(yùn)行特征，較少考慮任務(wù)之間的差別，導(dǎo)致不同任務(wù)對其時(shí)間片的利用率降低和系統(tǒng)功耗較高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷，目的在于提供一種基于時(shí)間片利用率的低功耗調(diào)頻方法。該方法既能加快調(diào)度速度和降低處理器運(yùn)行功耗，又能提高任務(wù)調(diào)度的整體性能。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案的步驟是：

第一步、建立多任務(wù)模型

對于系統(tǒng)中運(yùn)行的多任務(wù)，以集合T表示：T={t₀,t₁,…,t_n-1}。

對于集合T中的任務(wù)t_i，任務(wù)t_i已在系統(tǒng)中運(yùn)行了k個時(shí)間片；k個時(shí)間片的標(biāo)記如下：

第一個時(shí)間片標(biāo)記為r₀，第二個時(shí)間片標(biāo)記為r₁，第三個時(shí)間片標(biāo)記為r₂，以此類推，第k個時(shí)間片標(biāo)記為r_k-1；

第一個時(shí)間片r₀內(nèi)的處理器利用率標(biāo)記為Ur₀，第二個時(shí)間片r₁內(nèi)的處理器利用率標(biāo)記為Ur₁，第三個時(shí)間片r₂內(nèi)的處理器利用率標(biāo)記為Ur₂，以此類推，第k個時(shí)間片r_k-1內(nèi)的處理器利用率標(biāo)記為Ur_k-1。

對于處于不同頻率下的處理器利用率A_i，按照如下方式進(jìn)行轉(zhuǎn)化：