一种基于时间片利用率的低功耗调频方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于时间片利用率的低功耗调频方法。其技术方案是：第一步是建立多任务模型；第二步是计算任务的预期利用率；第三步是建立处理器频率与处理器利用率的映射；第四步是对任务执行时的处理器进行调频。本发明适用于面向基于时间片调度的系统，充分利用了同一任务或同类任务在处理器利用率上的时间连续性特点，既加快了调度的速度，又降低了任务运行的功耗，提高了任务调度的整体性能。
【专利说明】—种基于时间片利用率的低功耗调频方法
【技术领域】
[0001]本发明属于低功耗调频【技术领域】，特别是涉及一种基于时间片利用率的低功耗调频方法。
【背景技术】
[0002]随着IT产品功能日益强大，消耗的功率也随之逐渐增高。如今，由十亿个晶体管构成的芯片，额外漏电已经达到60?70瓦。功耗的提高也带来了散热量的增加，对散热设备的要求也越来越高。比如,一个数据中心产生的热量70%来源于各种IT设备。作为信息化业务的核心载体，大量的计算设备通常必须长时间不间断运行，从而带来了巨大的电能消耗。比如，服务器和数据中心的能耗占IT产品总能耗的30%以上。但是，服务器的平均利用率却仅有10?15%。可见服务器浪费了巨大的能量。
[0003]软件节能技术主要通过系统软件对硬件运行时的控制，通过动态调节硬件的工作状态达到节能的目的。当前的主要硬件设备(处理器、外存、显示器、网卡等)都提供了简单的功耗管理接口，当这些设备处于空闲状态时，都可被置于低功耗状态达到节省功耗的目的。软件节能技术通过对设备功耗接口的利用，通过运行时的系统状态改变设备状态，达到节能的目的。
[0004]动态电压调节DVS(Dynamic Voltage Scheduling)技术主要解决了一个频率与内核电压同步调整的协同和模块化问题，其前提是处理器的负载一直在变，当处理器的利用率较低时，通过DVS技术降低处理器电压与频率，同时不影响性能。目前主要存在三类DVS手段:Interval-based approaches、inter task approaches、intra task approaches。Interval-Based Approaches技术主要采用的是在某个时间段或者某几个时间段内处理器忙碌程度进行采样，然后对系统下面几个时间段内有可能的情况作一个评估，根据评估结果对处理器的频率进行调整，这种算法根据对未来处理器利用率的评估算法不同，进行了进一步的划分。Inter task Approaches技术采用对不同的task定义一个不同的处理器频率的技术，这种技术要求程序在整个过程中都是使用同一个频率。
[0005]Intra task Approaches技术在操作系统层面上主要有两种基本方法，分别是PACE和Stochastic DVS0这两种基本方法在某个任务每次运行时都为它选择一个适当的频率，这个频率的选择主要是根据以前这个任务运行时测到的负载的概率分布。这两个算法的主要区别在于他们的代价函数，Stochastic DVS认为能耗和供电电压的平方成正比，而PACE认为能耗是和处理器频率的平方成正比。
[0006]在OS层面，存在基于的intra-task的DVS方法，将DVS技术和EDF算法结合，将程序分为两个子程序，其中上半部分程序运行在最高频率，而下半部分程序就可以运行得足够慢，只要保证两者运行时间之和低于这个程序的整体平均运行时间。另外还有一些基于编译器实现intra-task展开。
[0007]现有方法进行设计时，往往考虑的是系统所有任务的运行特征，较少考虑任务之间的差别，导致不同任务对其时间片的利用率降低和系统功耗较高。
【发明内容】
[0008]本发明旨在克服现有技术缺陷，目的在于提供一种基于时间片利用率的低功耗调频方法。该方法既能加快调度速度和降低处理器运行功耗，又能提高任务调度的整体性能。
[0009]为实现上述目的，本发明采用的技术方案的步骤是:
[0010]第一步、建立多任务模型
[0011]对于系统中运行的多任务，以集合T表示=T=Itci, t1;…，U。
[0012]对于集合T中的任务\，任务\已在系统中运行了 k个时间片冰个时间片的标记如下:
[0013]第一个时间片标记为^，第二个时间片标记为F1，第三个时间片标记为r2，以此类推，第k个时间片标记为Iv1 ;
[0014]第一个时间片 (ι内的处理器利用率标记为Urtl,第二个时间片 ι内的处理器利用率标记为Ur1，第三个时间片r2内的处理器利用率标记为Ur2,以此类推，第k个时间片^v1内的处理器利用率标记为UrH。
[0015]对于处于不同频率下的处理器利用率Ai，按照如下方式进行转化:
[0016](1)如果不同频率下的处理器利用率Ai为1.0，则转化为最大频率下的处理器利用率B为1.0。
[0017](2)如果不同频率下的处理器利用率Ai小于1.0，则将不同频率下的处理器利用率\乘以θ，Θ为具有不同频率下的处理器利用率所在的频率/最大频率。
[0018]第二步、计算任务的预期利用率
[0019]对于集合T中的任务\，任务&的预期利用率Wti):
[0020]
【权利要求】
1.一种基于时间片利用率的低功耗调频方法，其特征在于该方法的步骤如下: 第一步、建立多任务模型 对于系统中运行的多任务，以集合T表示:T= {t0, t1；…，tn_J ； 对于集合T中的任务ti，任务ti已在系统中运行了 k个时间片；k个时间片的标记如下: 第一个时间片标记为IV第二个时间片标记为A，第三个时间片标记为r2，以此类推，第k个时间片标记为Iv1 ; 第一个时间片A内的处理器利用率标记为Urtl,第二个时间片rι内的处理器利用率标记为Ur1，第三个时间片r2内的处理器利用率标记为Ur2,以此类推，第k个时间片^v1内的处理器利用率标记为Uiv1 ； 对于处于不同频率下的处理器利用率Ai，按照如下方式进行转化: (1)如果不同频率下的处理器利用率Ai为1.0，则转化为最大频率下的处理器利用率B为 1.0; (2)如果不同频率下的处理器利用率Ai小于1.0，则将不同频率下的处理器利用率Ai乘以θ，Θ为具有不同频率下的处理器利用率所在的频率/最大频率； 第二步、计算任务的预期利用率 对于集合T中的任务\，任务\的预期利用率U Ui):
【文档编号】G06F1/32GK103645797SQ201310692951
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2013年12月17日 优先权日:2013年12月17日
【发明者】胡威, 邹代坤, 胡雷, 张凯, 郭宏, 李伟强, 张若凡, 徐景, 谭练, 江若成 申请人:武汉科技大学