无冲突的周期性多趟调度模型的求解方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种无冲突的周期性多趟调度模型的求解方法，针对周期性多趟调度模型中处理机可能在倒数第二趟与最后一趟调度中发生时间冲突的问题，建立了一种无冲突的周期性多趟调度模型，针对所提出的无冲突的周期性多趟调度模型，对于给定的处理机数目和总任务量，推导出最优的任务分配方案、最优调度趟数、无冲突的任务分配系数和任务完成时间，从而保证处理机不产生时间冲突的前提下提高处理机的计算效率。的计算效率。的计算效率。

【技术实现步骤摘要】
无冲突的周期性多趟调度模型的求解方法及系统


[0001]本专利技术属于信息技术相关领域，涉及一种调度模型的求解。

技术介绍

[0002]对于可分任务调度模型的研究主要分为单趟调度和多趟调度两大类。对于单趟调度，主处理机将任务切分为与从处理机数目相同的子任务块，并按照一定的调度顺序分配至各从处理机予以计算。由于后分配任务的处理机存在较长的空闲等待时间，因此，单趟调度并不适合大规模的数据应用问题。对于多趟调度，主处理机将任务切分为数倍于从处理机数目的子任务块按照一定的调度顺序并分多趟分配给各从处理机。与单趟调度模型相比，多趟调度通过减少处理机的空闲等待时间以此提升各处理机完成任务的效率。与此同时，与单趟调度相比，多趟调度模型的求解变得更加复杂。首先，多趟调度模型涉及最优调度趟数的求解；其次，多趟调度中的任务分配方案是一个矩阵形式而不再是向量形式，其中矩阵中的各元素表示各趟调度中每个从处理机接收主处理机分配的子任务量。
[0003]为了降低多趟调度模型的复杂度和求解的难度，文献1(SHOKRIPOUR A,OTTOMAN M,IBRAHIM H,et al.New method for scheduling heterogeneous multi
‑
installment systems[J].Future Generation Computer Systems,2012,28(8):1205
‑
1216.)提出了周期性多趟调度模型(Periodic Multi
‑/>Installment Scheduling，PMIS)，该模型不仅简化了多趟调度过程，使得任务分配方案更易于求解。具体而言，PMIS规定了每一趟调度完成的总任务量相同。PMIS将调度过程分为内部调度周期和最后一趟调度周期。其中，最后一趟调度不同于内部调度的原因是要保证所有从处理机在同一时刻完成计算，从而减少任务完成计算的总时间。内部调度周期内，任意两趟调度间无空闲等待时间，从而进一步提高了任务的完成效率。
[0004]由于单趟调度模型在实际任务调度中各处理机存在较长的空闲等待时间，从而降低了处理机的资源利用率并对任务完成总时间也造成了影响。为此，在可分任务调度中常采用多趟调度模型。但是，多趟调度中不合理的任务分配不仅可能降低任务的完成效率、降低平台的资源利用率，甚至可能引发处理机的时间冲突(即任务在时间上重叠分配)，导致处理机不能如约按时完成任务计算。

技术实现思路

[0005]为了克服现有技术的不足，本专利技术提供一种无冲突的周期性多趟调度模型的求解方法，能够保证任务按时完成。
[0006]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：
[0007]步骤1，建立无冲突的周期性多趟调度模型；
[0008]设处理机数目为n+1，其中p0为主处理机，{p
i
|i∈{1，2，
…
，n}}为从处理机；各从处理机通过通信链路{l
i
|i∈{1，2，
…
，n}}与主处理机相连；所述的处理机和网络均异构，包括处理机的计算启动开销s
i
不同、计算单位任务量时间w
i
不同、链路的通信启动开销o
i
不
同，以及分配单位任务量通信时间z
i
不同；
[0009]设总任务量为主处理机p0将总任务量划分为子任务块后按照一定的调度处理机顺序将其分配至各从处理机进行并行任务处理；周期性多趟调度过程分为内部调度周期和最后一趟调度周期，其中内部调度周期包括m
‑
1趟调度；假定在内部调度的每一趟中主处理机分配给从处理机完成计算的总任务量相同，记为V；对于最后一趟调度，主处理机分配给从各处理机的总任务量为hV；
[0010]在每一趟内部调度中，主处理机p0向从处理机p
i
(i∈{1，2，
…
，n})分配的任务量记为α
i
V；在最后一趟调度中，主处理机p0向从处理机p
i
分配的任务量为β
i
V，主处理机p0向从处理机p
i
分配任务量α
i
V的所需时间为o
i
+z
i
α
i
V；处理机p
i
完成任务量α
i
V计算的所需时间为s
i
+w
i
α
i
V；
[0011]建立无冲突的周期性多趟调度模型如下：
[0012][0013]此模型的约束条件为：
[0014](I)α
i
＞0，β
i
＞0，i＝1，2，
…
，n；
[0015](II)m≥2；
[0016]其中：
[0017](1)
[0018](2)α
i
和β
i
分别满足下式，i＝1，2，
…
，n；
[0019][0020][0021]其中，
[0022]步骤2，求解无冲突的周期性多趟调度模型，得到最优调度趟数m
*
，无冲突的任务分配系数h，以及任务完成时间T。
[0023]所述步骤2的具体实现步骤如下：
[0024]步骤2.1：给定分布式系统的基础参数o
i
，s
i
，z
i
，w
i
，总任务量以及参与任务计算的处理机数目n；
[0025]步骤2.2：将上述参数分别代入内部调度和最后一趟调度的分配方案，计算调度的分配方案α
i
和β
i
，其中i＝1，2，
…
，n；
[0026]步骤2.3：如果使得α
i
＜0或β
i
＜0，将n值减一，转向步骤2.2；否则转向步骤2.4；
[0027]步骤2.4：计算无冲突的任务分配系数
[0028]步骤2.5：计算最优调度趟趟数其中，
[0029]步骤2.6：由公式T(m，h)＝(m
‑
1)(α1Vw1+s1)+β1h Vw1+o1+s1计算出任务的完成时间T。
[0030]本专利技术还提供一种实现上述方法的系统，包括无冲突的周期性多趟调度模型建立模块和无冲突的周期性多趟调度模型求解模块；
[0031]所述的无冲突的周期性多趟调度模型建立模块包括子模块11和子模块12，其中子模块11用于给定总任务量和处理机数目，构建内部调度的分配方案和最后一趟调度的分配方案；子模块12用于建立无冲突的周期性多趟调度模型；
[0032]所述的无冲突的周期性多趟调度模型求解模块用于求解无冲突的周期性多趟调度模型，得到输出最优调度趟趟数m
*
，无冲突的任务分配系数h，以及本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无冲突的周期性多趟调度模型的求解方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，建立无冲突的周期性多趟调度模型；设处理机数目为n+1，其中p0为主处理机，{p
i
|i∈{1，2，
…
，n}}为从处理机；各从处理机通过通信链路{l
i
|i∈{1，2，
…
，n}}与主处理机相连；所述的处理机和网络均异构，包括处理机的计算启动开销s
i
不同、计算单位任务量时间w
i
不同、链路的通信启动开销o
i
不同，以及分配单位任务量通信时间z
i
不同；设总任务量为主处理机p0将总任务量划分为子任务块后按照一定的调度处理机顺序将其分配至各从处理机进行并行任务处理；周期性多趟调度过程分为内部调度周期和最后一趟调度周期，其中内部调度周期包括m
‑
1趟调度；假定在内部调度的每一趟中主处理机分配给从处理机完成计算的总任务量相同，记为V；对于最后一趟调度，主处理机分配给从各处理机的总任务量为hV；在每一趟内部调度中，主处理机p0向从处理机p
i
(i∈{1，2，
…
，n})分配的任务量记为α
i
V；在最后一趟调度中，主处理机p0向从处理机p
i
分配的任务量为β
i
V，主处理机p0向从处理机p
i
分配任务量α
i
V的所需时间为o
i
+z
i
α
i
V；处理机p
i
完成任务量α
i
V计算的所需时间为s
i
+w
i
α
i
V；建立无冲突的周期性多趟调度模型如下：此模型的约束条件为：(I)α
i
＞0，β
i
＞0，i＝1，2，
…
，n；(II)m≥2：其中：(1)(2)α
i
和β
i
分别满足下式，i＝1，2，
…
，n；，n；其中，步骤2，求解无冲突的周期性多趟调度模型，得到最优调度趟数m
*
，无冲突的任务分配系数h，以及任务完成时间T。2.根据权利要求1所述的无冲突的周期性多趟调度模型的求解方法，其特征在于，所述步骤2的具体实现步骤如下：步骤2.1：给...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋晓博，王晓丽，仵康健，童志豪，张锴祺，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第二十研究所，
类型：发明
国别省市：