【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于异构多核系统应用，涉及一种基于异构多核系统可靠性和能耗感知的任务调度方法。
技术介绍
1、随着半导体技术的不断进步，处理器也在不断发展，呈现异构、多核、高可靠性等特点。异构多核处理器利用了不同类型的处理核心，以提供强大的计算能力和多任务并行执行的能力，其提供的大规模计算解决方案在科学计算、图形与可视化、数据分析和机器学习等领域广泛存在。
2、然而，虽然异构多核系统有着诸多优异性能，但异构多核系统的资源高效利用面临着诸多挑战。其中两个关键挑战是可靠性和能耗问题。可靠性需求是指系统能够在面对各种故障和异常情况时保持稳定运行，并且能够正确地执行其预期功能。常见的故障可以分为永久故障和瞬态故障两类，永久故障指的是在系统中发生的持久性故障，一旦发生，会一直存在于故障元件中，直到被修复或替换。瞬态故障是指在系统中发生的临时性故障，系统通常可以自动恢复正常操作。任务复制是一种冗余技术，通过增加任务的执行次数来提高系统的可靠性，降低故障率。而低功耗旨在最小化系统的功耗，以延长电池寿命并降低运营成本。常用的能耗优化技术有动态电压频率调节(dvfs)技术和动态电源管理(dpm)技术。dvfs根据系统工作负载，动态调节处理器的工作电压和频率，从而降低系统功耗。dpm技术在适当时候关闭处理器以降低系统静态功耗。
3、任务调度在优化异构多核系统的性能、可靠性和能耗方面起着关键作用。针对异构多核系统中的并行调度问题，wang等人采用了遗传算法，该算法由于时间复杂度较高，不适合应用于大规模的任务调度。ansari等人提出
技术实现思路
1、为解决以上存在的问题，本专利技术旨在提出一个异构多核系统中可靠性和能耗感知的任务调度方法。本专利技术提出的方法利用多核系统的冗余性，并结合dag任务模型，对任务进行复制，得到新的dag任务模型，所提出的算法引入的dpm和dvfs机制对新的dag任务模型进行调度，使系统在满足可靠性的前提下降低功耗。本专利技术包括以下步骤：
2、一种基于异构多核系统可靠性和能耗感知的任务调度方法，所述方法包括：
3、对异构多核系统建模，建立任务模型、功耗模型和可靠性模型；
4、基于任务模型，获取异构多核系统中的并行任务集，所述并行任务集包括多个原始任务，并分别为每个原始任务复制一个备份任务；根据任务最差执行时间和任务通信时间，计算每个原始任务和每个备份任务的秩值，并根据秩值构建任务优先级队列；
5、基于任务模型，循环遍历任务优先级队列，若为原始任务，则根据原始任务的最早结束时间确定原始任务分配的处理器核心；若为备份任务，则根据备份任务的最早结束时间确定备份任务分配的处理器核心，并将所述备份任务分配到与对应所述原始任务不同的处理器核心中，直至调度长度达到截止时间，完成循环遍历过程；
6、基于功耗模型，循环遍历任务分配完成后的任务队列，计算处理器的临界时间，当处理器空闲时间大于临界时间，处理器使用动态电源管理dpm方式进入休眠状态；当处理器空闲时间小于或等于临界时间，处理器使用动态电压频率调节dvfs方式处理原始任务，不对备份任务进行处理；
7、基于可靠性模型，实时检测原始任务的故障情况，若所述原始任务检测到瞬态故障，则采用所述原始任务对应的备份任务继续执行，并继续判断所述原始任务是否检测到永久故障；若所述原始任务未检测到瞬态故障，则取消执行备份任务，并继续判断所述原始任务是否检测到永久故障；若所述原始任务检测到永久故障，则报告错误并将原始任务切换处理器后进入睡眠状态；否则直接结束。
8、本专利技术的有益效果为：
9、本专利技术所提出的调度算法通过为每个原始任务复制一个备份任务，并将原始任务和备份任务根据ranku值分配到不同的处理器核心上，以实现系统对瞬态故障和永久故障的容错。针对不同使用条件对处理器核心应用dpm和dvfs技术来降低系统功耗，同时当原始任务没有发生故障则备份任务可以取消执行，从而降低系统功耗。本专利技术实现了异构多核系统可靠性和低功耗的联合优化调度，在异构多核系统中具有广阔的应用前景。
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1.一种基于异构多核系统可靠性和能耗感知的任务调度方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的一种基于异构多核系统可靠性和能耗感知的任务调度方法，其特征在于，所述任务模型包括采用有向无环图DAG构建并行任务集，采用三元组来表示有依赖关系的DAG任务G＝(N,W,E)，其中N为节点集，每个节点ni∈N表示DAG的一个子任务；W是一个m×p矩阵，矩阵中的元素wi,p表示该任务ni在处理器cp上的最差执行时间；E是一个m×m矩阵，表示有依赖关系的任务间的通信时间集，矩阵中ei,j表示任务ni与任务nj之间的通信时间，任务nj是任务ni的直接后继，而任务ni是任务nj的直接前继，若两个任务分配到同一个处理器上，则任务ni与任务nj之间的通信开销ei,j＝0。
3.根据权利要求1所述的一种基于异构多核系统可靠性和能耗感知的任务调度方法，其特征在于，每个原始任务和每个备份任务的秩值表示公式如下：
4.根据权利要求1所述的一种基于异构多核系统可靠性和能耗感知的任务调度方法，其特征在于，所述任务最早结束时间的计算方式包括根据任务最早开始时间和任务
5.根据权利要求1所述的一种基于异构多核系统可靠性和能耗感知的任务调度方法，其特征在于，所述功耗模型包括处理器每个核心都运行在工作模式或睡眠模式下，当处理器的核心运行在工作模式下时，其总功耗由静态功耗和动态功耗构成；当处理器的核心运行在睡眠模式下时，其总功耗由静态功耗和切换开销构成。
6.根据权利要求5所述的一种基于异构多核系统可靠性和能耗感知的任务调度方法，其特征在于，所述临界时间由所述切换开销与所述静态功耗的比值确定。
7.根据权利要求5所述的一种基于异构多核系统可靠性和能耗感知的任务调度方法，其特征在于，所述处理器使用动态电压频率调节DVFS方式处理原始任务包括若满足以下条件，则采用DVFS方式处理原始任务，否则直接处理原始任务，不对备份任务进行处理，所述条件包括：(1)与该原始任务有依赖关系的任务均完成通信依赖原始任务原始任务；(2)原始任务使用DVFS方式后不会增加与对应的备份任务的重叠时间；(3)原始任务使用DVFS方式的执行时间不超过所有任务的公共截止时间D。
8.根据权利要求1所述的一种基于异构多核系统可靠性和能耗感知的任务调度方法，其特征在于，所述可靠性模型包括采用泊松分布构建瞬态故障模型；基于单个任务成功执行的概率，构建出单个任务可靠性模型；根据所有任务的单个任务可靠性模型，构建出系统的任务可靠性模型。
9.根据权利要求1所述的一种基于异构多核系统可靠性和能耗感知的任务调度方法，其特征在于，当所述原始任务执行完成时，则取消所述原始任务对应的备份任务。
...【技术特征摘要】
1.一种基于异构多核系统可靠性和能耗感知的任务调度方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的一种基于异构多核系统可靠性和能耗感知的任务调度方法，其特征在于，所述任务模型包括采用有向无环图dag构建并行任务集，采用三元组来表示有依赖关系的dag任务g＝(n,w,e)，其中n为节点集，每个节点ni∈n表示dag的一个子任务；w是一个m×p矩阵，矩阵中的元素wi,p表示该任务ni在处理器cp上的最差执行时间；e是一个m×m矩阵，表示有依赖关系的任务间的通信时间集，矩阵中ei,j表示任务ni与任务nj之间的通信时间，任务nj是任务ni的直接后继，而任务ni是任务nj的直接前继，若两个任务分配到同一个处理器上，则任务ni与任务nj之间的通信开销ei,j＝0。
3.根据权利要求1所述的一种基于异构多核系统可靠性和能耗感知的任务调度方法，其特征在于，每个原始任务和每个备份任务的秩值表示公式如下：
4.根据权利要求1所述的一种基于异构多核系统可靠性和能耗感知的任务调度方法，其特征在于，所述任务最早结束时间的计算方式包括根据任务最早开始时间和任务最差执行时间，计算任务最早执行时间，并根据任务最早执行时间和处理器的空闲时间，计算任务最早结束时间。
5.根据权利要求1所述的一种基于异构多核系统可靠性和能耗感知的任务调度方法，其特征在于，所述功耗模型包括处理器每个核...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈俊华，刘东阳，黄学达，洪浩竣，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：
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