基于国产化多NUMA节点CPU结温均衡策略的任务调度方法与流程

基于国产化多numa节点cpu结温均衡策略的任务调度方法
技术领域
1.本发明属于操作系统任务调度技术领域，具体涉及一种基于国产化多numa节点cpu结温均衡策略的任务调度方法。


背景技术：

2.随着信息产业的蓬勃发展，数据的产生以近乎几何级数的速度高速增长，对计算能力提出了巨大需求。但受限于半导体摩尔定律，单cpu核心的主频和计算能力不会有跨越式提升。近年来，在服务器等计算密集型领域，cpu经历了单核、多核到多numa节点的发展历程。目前，高性能计算服务器具有数十个numa节点，数百个计算核心。
3.在航空航天、国防军工等领域，计算设备的稳定运行和数据安全关系着重大国家利益、社会稳定。因此，在这些关系着国计民生的领域中，计算设备中cpu等核心硬件有明确的国产化自主可控需求。近年来，国产化cpu研发技术有了迅猛发展，计算性能比肩世界先进水平。但另一方面，国产化cpu，受限于制程工艺等原因，功耗高，发热量大。目前应用的一块集成8个numa节点64核心的国产化cpu，芯片面积达到3600mm2以上，功耗150w以上。在进行高负载任务测试时，发现cpu不同核心结温差异较大，不同numa节点的最高结温与最低结温差别在20度以上。
4.由于numa节点对临近内存访问效率高，操作系统默认对numa节点的任务调度表现出亲和性的特点。若某个任务task在t周期在0号numa节点上运行，那么在t+1，t+2，t+3周期，操作系统都优先将task在0号numa节点上运行。在国产化cpu平台上，这种默认的任务调度方式，会导致0号numa节点结温远超过其他节点，当长时间超过cpu最大工作结温时，cpu运行可靠性大大降低。


技术实现要素：

5.(一)要解决的技术问题
6.本发明要解决的技术问题是：国产化多numa节点cpu发热量大，不同numa节点间结温差异大，无法长时间运行高负载任务的问题。
7.(二)技术方案
8.为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于国产化多numa节点cpu结温均衡策略的任务调度方法，包括以下步骤：
9.步骤1、确定numa节点体质系数；
10.步骤2、根据cpu芯片手册中规定的最高工作结温，确定任务调度方法启动结温阈值t
s
，确定检测时间间隔time
i
；
11.步骤3、轮询检测n个numa节点结温，当结温超过结温阈值，启动任务调度；
12.步骤4、计算numa结温差值数；
13.步骤5、基于步骤4计算numa节点迁移值；
14.步骤6、若n
‑
1个迁移值均小于0，将负载任务挂起指定时间；
15.步骤7、将负载任务调度至迁移值最大的numa继续运行。
16.优选地，步骤1中，首先确定hpl测试矩阵规模，使用mpi工具控制hpl多进程并行运行，用numactl工具将hpl分别绑定hpl在n个numa节点运行，记录下每个numa节点的测试结温，第i个numa节点测试结温表示为m
i
，全部numa节点中的最低结温记为m
min
，第i个numa节点的体质系数记为i＝1,2
…
n。
17.优选地，检测时间间隔time
i
的默认值为10秒。
18.优选地，步骤4中，第i个numa节点的结温值记为t
i
，第i个numa节点与第j个numa节点的结温差值数记为i＝1,2
…
n，j＝1,2
…
n。
19.优选地，步骤5中，第i个numa节点负载应用向第j个numa节点的迁移系数记为v
ij
＝d
ij
·
c
j
，i＝1,2
…
n，j＝1,2
…
n；进而计算出第i个numa节点的最大迁移值max
j＝1,2
…
n
(v
ij
)。
20.优选地，步骤6中，当全部numa节点结温均超过上限阈值时，任务调度方法已无法通过均衡方式保障cpu稳定运行，将全部负载任务挂起指定时间time
d
。
21.优选地，步骤6中，time
d
取值采用二进制指数类型退避算法得到，即第k次触发时，time
d
＝2
k
+1，k为正整数。
22.优选地，hpl是计算机性能测试工具，通过对线性代数方程组进行测试，评估计算机系统的性能。
23.优选地，numactl是在numa架构计算机系统中，用于控制任务在指定numa节点运行的工具。
24.优选地，mpi用于控制任务多核心并行运行。
25.(三)有益效果
26.本发明提出一种基于国产化多numa节点cpu结温均衡策略的任务调度方法，当numa接电脑结温超过阈值时，将高负载计算任务调度至结温较低的核心，保证cpu的稳定运行。该任务调度方法能有效降低cpu最高工作结温，且对计算负载任务性能损失小，避免cpu长时间超结温阈值工作，提升cpu工作的稳定性。
附图说明
27.图1为本发明的任务调度方法流程图。
具体实施方式
28.为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
29.本发明提出一种基于国产化多numa节点cpu结温均衡策略的任务调度方法，首先，确定n个numa节点体质系数、最高结温阈值、检测间隔时间等参数。第一步，按照检测间隔时间轮询n个numa节点结温，当结温超过最高结温阈值，启动任务调度。第二步，计算n
‑
1个numa节点间结温差值数，计算迁移值。第三步，若n
‑
1个迁移值均小于0，将负载任务挂起指定时间。第四步，将负载任务调度至迁移值最大的numa继续运行。最后，用发明方法，与默认操作系统默认任务调度方法对比，以结果数据证明本发明方法的有效性。
30.具体地，如图1所示，本发明的方法包括以下步骤：
31.步骤1、确定numa节点体质系数。由于芯片制程工艺的限制，cpu各numa节点的体质会有差异，运行同样负载计算量的最大结温不同。首先确定hpl测试矩阵规模，使用mpi工具控制hpl多进程并行运行，用numactl工具将hpl分别绑定hpl在n个numa节点运行，记录下每个numa节点的测试结温，第i个numa节点测试结温表示为m
i
，全部numa节点中的最低结温记为m
min
，第i个numa节点的体质系数记为i＝1,2
…
n；
32.其中，hpl：是计算机性能测试工具，通过对线性代数方程组进行测试，评估计算机系统的性能，对cpu有很大负载压力，可调整计算矩阵规模，控制测试计算量；numactl是在numa架构计算机系统中，用于控制任务在指定numa节点运行的工具；mpi：用于控制任务多核心并行运行。
33.步骤2、根据cpu芯片手册中规定的最高工作结温，确定任务调度方法启动结温阈值t
s
，确定检测时间间隔time
i
，默认值为10秒；
34.步骤3、轮询检测n个numa节点结温，当结温超过结温阈值，启动任务调度；
35.步骤4、计算numa结温差值数。第i个numa节点的结温值记为t
i
,第i个numa节点与第j个numa节点的结温差值系数记为i＝1,2
…
n，j＝1,2
…
n；
36.步骤5、基于步骤4计算numa节点迁移值。第i个numa节点负载应用向第j个numa节点的迁移系数记为v
ij
＝d
ij
·
c
j
，i＝1,2
…
n，j＝1,2
…
n；进而计算出第i个numa节点的最大迁移值max
j＝1,2
…
n
(v
ij
)；
37.步骤6、若n
‑
1个迁移值均小于0，将负载任务挂起指定时间。由于国产化cpu不具备动态降低频率功能，因此当全部numa节点结温均超过上限阈值时，任务调度方法已无法通过均衡方式保障cpu稳定运行，将全部负载任务挂起指定时间time
d
，以保证cpu运行的稳定性。为避免频繁挂起负载任务，time
d
取值采用二进制指数类型退避算法，即第k次触发时，time
d
＝2
k
+1，单位为秒，k为正整数；
38.步骤7、将负载任务调度至迁移值最大的numa继续运行。
39.下面给出本发明方法测试结果：
40.测试机器使用的国产化cpu共有8个numa节点，每个节点16个计算核心。cpu芯片手册中规定最高工作结温90度。hpl测试矩阵规模为80000，mpi工具控制hpl任务64进程运行,hpl任务共使用4个numa节点。
41.测试方式1：使用操作系统默认任务调度方法，测试过程中cpu最高结温108度，测试时间共7349秒，通过对cpu使用率的统计，hpl任务超过95％的时间运行在numa 0
‑
3节点，测试分数179.5gflops。
42.测试方式2：启用本发明方法，检测间隔时间time
i
＝10s，将负载任务在0
‑
7号numa节点上调度。测试过程中cpu最高结温93度。总测试时间共7617秒，其中停用时间值累计time
d
133秒，通过对cpu使用率的统计，hpl任务约64％时间运行在numa0
‑
3节点测试分数175.1gfops。
43.对测试结果数据进行分析，运行同样计算量负载任务，采用本发明方法对比操作系统默认任务调度方法，cpu最高工作结温下降15度，任务运行时间增加了3.6％，测试分数
下降了2.6％。
44.以上测试结果表明，负载任务调度方法能有效降低cpu最高工作结温，且对计算负载任务性能损失小，避免cpu长时间超结温阈值工作，提升cpu工作的稳定性。
45.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。