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基于DPM和DVS的双效节能调度算法

计算机工程与设计 2009年第18期30卷 4180-4183页

作者：李永亭褚德欣樊明内蒙古工业大学信息工程学院内蒙古呼和浩特010051

对于电池供电系统,如何降低功耗已成为系统设计中的一个关键问题。通过对系统功耗组成及任务调度策略进行深入分析,提出一种动态电压调节(DVS)和动态功率管理(DPM)相结合的双效节能调节算法DVS-PM。DPM动态管理处理器及外围模块在工作... 详细信息

对于电池供电系统,如何降低功耗已成为系统设计中的一个关键问题。通过对系统功耗组成及任务调度策略进行深入分析,提出一种动态电压调节(DVS)和动态功率管理(DPM)相结合的双效节能调节算法DVS-PM。DPM动态管理处理器及外围模块在工作模式和低功耗模式之间切换,DVS在保证系统实时性前提下,实现系统运行在功耗最低的最佳工作点,达到更好的节能效果。实验结果表明,该节能调度算法能大幅减少系统能量消耗,与不采用节能算法相比,节能55.4%。

关键词：低功耗动态功率管理动态电压调节节能调度算法

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基于多核处理器的节能调度算法研究

基于多核处理器的节能调度算法研究

作者：邱赟赟武汉理工大学

学位级别：硕士

近年来,处理器的能耗问题日益突出,单处理器到多核处理器,虽然在性能上有所提高,但同时导致了更多的能量消耗,不仅引发了难以解决的散热问题,还导致系统的可靠性下降。因此,在满足时间约束条件下,如何尽可能的降低系统能耗,已经成为多... 详细信息

近年来,处理器的能耗问题日益突出,单处理器到多核处理器,虽然在性能上有所提高,但同时导致了更多的能量消耗,不仅引发了难以解决的散热问题,还导致系统的可靠性下降。因此,在满足时间约束条件下,如何尽可能的降低系统能耗,已经成为多核处理器实时节能调度领域的研究热点。已有算法的研究重点在于如何充分利用任务的实际执行时间α,远小于最坏情况执行时间ωi所产生的动态空闲时间以及任务在时限之前完成而产生的静态空闲时间,设计速率调度算法来合理降低处理器核电压/频率,达到同时满足硬实时任务时限约束与最少能耗的统一目标。本文在利用空闲时间降低速率的同时,尽量减少处理器切换电压/频率所造成的能耗。本文的主要工作如下：（1）提出一种新的多核处理器节能调度算法,该方法基于空闲时间回收策略和尽量减少处理器频率切换造成的能耗。首先获得前面执行任务的平均任务执行比率,来估算下一个任务的执行速率,从而将其映射到速率最相近的处理器上,以减少处理器改变速率时所消耗的能耗。并通过让相邻的两个任务共享处理器上的空闲时间来降低处理器的执行速率,从而达到减少能耗的目的。通过理论推导和分析,将新算法与近三年来的算法进行对比测试,结果表明在大部分条件下,新算法能够获得更好的节能效果。（2）根据大量测试数据,深入分析了影响算法节能效率的因素以及算法的调度约束条件和算法的适用条件,进而提出了三种改进算法TR-SS2（负载均衡策略）、ESR-SS2-CE和ESR-SS2-M,增加对速度的约束条件,分别采用估算速度和最大速度来确定单处理器上的执行速度。并将改进算法与已有算法对比测试分析,结果表明改进算法能够取得更好的节能效果。

关键词：多核处理器节能调度算法估算速率空闲时间

面向CPU-GPU异构服务器集群的节能调度算法研究

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面向CPU-GPU异构服务器集群的节能调度算法研究

作者：胡君达桂林理工大学

学位级别：硕士

近年来随着人工智能及大数据等新兴技术的不断发展,尤其是深度学习的广泛应用对服务器的计算能力提出了更高的要求,传统的基于CPU计算的服务器已经逐渐难以满足需求。CPU-GPU异构服务器结合了CPU的逻辑控制能力和GPU强大的计算处理能力... 详细信息

近年来随着人工智能及大数据等新兴技术的不断发展,尤其是深度学习的广泛应用对服务器的计算能力提出了更高的要求,传统的基于CPU计算的服务器已经逐渐难以满足需求。CPU-GPU异构服务器结合了CPU的逻辑控制能力和GPU强大的计算处理能力,满足了日益增长的计算需求,但是其高能耗问题仍然没有得到很好的解决。针对该问题,本文开展的研究主要是在时间受限及高负载的场景下,采用调度技术对CPUGPU服务器集群能耗进行优化,分别提出了基于任务分类和DVFS技术、基于深度强化学习的两种节能调度算法,实现了集群能耗优化,并通过仿真实验与算法对比验证了提出算法的有效性和优越性。具体研究工作如下:（1）针对时限约束及高负载场景下,CPU-GPU异构集群计算能耗高的问题,本文提出了一种基于任务分类和DVFS的节能调度算法。首先,通过研究和分析CPU-GPU异构服务器集群特点,建立了集群模型及任务模型,并对优化问题进行了描述;接着,根据异构服务器计算的异构性,将任务按照性能进行分类,以实现特定类型任务和对应类型的处理器的匹配。同时考虑服务器的空闲能耗和开关机能耗,结合DVFS技术将分类后的任务以节能为目的分配至服务器,保证任务满足时限需求。最后,将提出的算法与经典的节能算法进行了对比,实验结果证明,该算法在满足时限需求的情况下具有更好的节能效果。（2）针对负载动态变化场景下,传统节能调度算法无法自适应而导致节能效果欠佳的问题,本文还提出了一种基于深度强化学习的自适应节能调度算法。该算法结合了经典A3C深度强化学习算法,以最小化集群能耗为目标,满足时限为约束,设计了3种DVFS策略和4种处理器策略。DVFS策略和处理器策略共同组成了任务分配方式,把所有可能的任务分配方式作为动作空间。通过不断地与环境交互学习,该算法能够针对不同类型的任务集,自适应地选取合适的任务分配方法以达到节能效果。通过与已有的算法进行对比,实验结果表明,该算法不仅能并达到节能的目的,而且还能够很好的适应不同任务集。

关键词：异构计算 CPU-GPU异构服务器集群节能调度算法深度强化学习

移动云计算环境下多DAG工作流的节能调度算法及能耗测量研究

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移动云计算环境下多DAG工作流的节能调度算法及能耗测量研究

作者：刘丹琦新疆大学

学位级别：硕士

随着近年来移动互联网的快速发展，云计算的概念被引入移动网络，从而构造了新型云服务模型—移动云计算。海量接入终端、爆炸性增长的计算任务和移动终端电量受限等特点给移动云计算的发展带来了新挑战。本文着重关注移动云环境下的全... 详细信息

随着近年来移动互联网的快速发展，云计算的概念被引入移动网络，从而构造了新型云服务模型—移动云计算。海量接入终端、爆炸性增长的计算任务和移动终端电量受限等特点给移动云计算的发展带来了新挑战。本文着重关注移动云环境下的全局节能问题。首先，近年来数据中心能耗的急剧增高使全球用电压力骤然上升，大量研究致力于提高数据中心能效比，降低空载数据中心服务器的比例;其次，由于移动设备电量的局限性，移动端设备节能也成为近年来的研究热点。大量研究表明，可将移动设备的计算任务上传到资源服务器（例如，附近其它计算节点或云端数据中心）以减小终端用户的计算能耗。然而，在某些特定场景下，云端数据中心的服务可用性较差。因此，具有较强灵活性的移动私有云被广泛研究。产生计算任务的移动设备可利用其网络拓扑附近的多台其它移动设备完成存在依赖关系的并行任务工作流集群，以达到节能计算的目标。有向无环图（DAG）能反映出工作流中各任务间的相互约束关系，因而被普遍应用于讨论面向并行任务集群的工作流调度问题。然而，随着移动应用和集群任务数量的爆炸式增长，现有基于单DAG工作流的调度方案有如下问题：（1）在多种形态的多DAG工作流复杂场景下无法兼顾所有情况和全面考虑整体节能效果;（2）对于多DAG工作流的性能优化效果尚可，却带来了大量的能耗，无法兼顾性能提升与能耗优化;（3）适用场景局限性较大，算法普适性较差。针对上述问题，本文分别针对移动云环境下的数据中心节能和移动私有云环境下的终端设备节能提出了两种基于多DAG工作流的节能调度算法—MREO和EAMRS。MREO以减少数据中心处理器的占用数目为目的，整合独立任务后，进一步对计算密集型和通信密集型的任务特点进行分析，并采用回溯和分支限界进行整合路径的动态优化选择。EAMRS算法合理利用工作流中各任务间的松弛时间，减少了多DAG工作流下移动计算节点的占用数目，通过任务复制有效控制传输能耗，以降低移动私有云的整体能耗。此外，文章采用了兼顾使用率、尾功耗和网络影响因子的智能手机能耗评估模型，提高了算法评估的准确性和有效性。模拟实验表明，两种算法分别在移动云数据中心和移动私有云场景下有效降低了系统的计算和传输能耗，确保了多DAG工作流的性能，并采用PowerMonitor等能耗测量设备较准确的评估了算法的能耗优化有效性。

关键词：移动云计算数据中心移动私有云多DAG工作流节能调度算法

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基于软实时任务的节能调度算法设计与研究

基于软实时任务的节能调度算法设计与研究

作者：崔擎誉武汉理工大学

学位级别：硕士

近年来,随着软实时技术的快速发展,以多媒体为主导的便携式设备,如：智能手机、平板电脑、itouch等,在人们的生活中越来越变得重要。而各种新功能的需求以及芯片的发展,对以电池供电为主的便携式设备提出了越来越严峻的挑战。经过调研发... 详细信息

近年来,随着软实时技术的快速发展,以多媒体为主导的便携式设备,如：智能手机、平板电脑、itouch等,在人们的生活中越来越变得重要。而各种新功能的需求以及芯片的发展,对以电池供电为主的便携式设备提出了越来越严峻的挑战。经过调研发现,能耗的急剧变化,容易增加芯片的散热负担,更会影响实时系统的稳定性与可靠性,因此,如何在既能有效地降低实时任务执行时的能耗的同时,又能保证其实时性稳定在可接受的范围之内,一直以来都是软实时系统所研究的重要课题。国内外目前主要的节能调度算法均是以动态电压缩放(DVS)技术为核心的,并在不断探索和改进着。其基本原理均可表述为：在保证软实时系统整体实时性的前提下,有效的对任务的执行速度做出调整,通过降低处理器的电压／频率(速度)来降低处理器的能耗。本文首先介绍和分析了有关软实时节能调度算法的研究现状,讨论了有关DVS技术的基本原理并引出能耗公式,分析了有关软实时节能调度算法的相关的节能算法调度技术,针对已有方法以及存在的不足,最后对基于离散系统的软实时任务节能调度算法做了一定的研究,所完成的工作主要体现在以下方面： (1)许多文献都证明,利用空闲时间回收算法可以有效的降低处理器能耗并保证较好的实时性,但是目前已有的文献均是应用在了连续系统,本文针对如何应用空闲时间回收算法在离散系统,做了改进性的研究。 (2)目前大多数的节能调度策略都是仅考虑单一的因素,例如：仅考虑处理器动态功耗为主,而实际中需要考虑的因素其实还有很多,只有综合性的考虑才更符合实际。经过调研发现,处理器在改变频率(或者速度)时,同样承载着一定的额外功耗。本文在同时考虑此情况以及处理器动态功耗的前提下,对节能调度算法做了一定的研究。本文对所研究的内容做了详尽的理论分析以及大量是随机数据实验仿真,仿真结果表明新提出的算法对能耗的优化具有良好的效果,并保证了系统对实时性的需求。

关键词：软实时能耗节能调度算法

考虑虚拟机生命周期和延时的云数据中心的节能算法研究

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考虑虚拟机生命周期和延时的云数据中心的节能算法研究

作者：钟元椋电子科技大学

学位级别：硕士

云计算时代。如何对数据中心的资源进行高(?)和经济的管理是一个具有挑战性的问题.数据中心消耗了大量的能源,同时带来了环境污染-因此设计合理的节能调度算法对数据中心的资源进行管理,降低数据中心的能耗、减少运营成本具有十分重要... 详细信息

云计算时代。如何对数据中心的资源进行高(?)和经济的管理是一个具有挑战性的问题.数据中心消耗了大量的能源,同时带来了环境污染-因此设计合理的节能调度算法对数据中心的资源进行管理,降低数据中心的能耗、减少运营成本具有十分重要的意义. 为了降低数据中心的能耗,本文对物理服务器的能耗进行了大量实验和数据分析,得出了数据中心能耗的计算模型,在此基础上设计了离线延时节能和在线延时迁(?)节能两种调度算法.算法主要特点包括考虑了虚拟机的生命周期问题,考虑了(?)线和在线两种不同的应用场景,并且在调度过程中考虑了延时的因素.算法通过对虚拟机任务请求的合理分配和迁移使数据中心在调虚过程中开启的物理服务器的数量和时间尽量减少,最后达到节能的效果, 最后通过和其他的四种节能调度算法的对比,发现在数据中心总能耗,数据中心开启的物理机数量最大值.数据中心开启的物理机的总时间、数据中心拒绝的任务请求数量等多个参数的对比中。本文设计的两种节能调度算法都有明显的优势.在相同虚拟机任务请求的情况下这两种节能调度算法数据中心的总能耗最少,使用的物理机资源最少。同时拒绝的任务请求数量也最少。

关键词：云计算数据中心节能调度算法

一种新型可变径管道机器人的结构设计与控制实现

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测控技术 2014年第10期33卷 64-67页

作者：张建伟齐咏生王林内蒙古工业大学电力学院内蒙古呼和浩特010051

基于ATmega128单片机的管道探测机器人系统,包括硬件系统设计以及软件程序实现。为满足不同工业环境的需要,设计了无线与RS485总线两套通信方案进行人机交互控制系统与单片机的通信。独特的变径结构可以让机器人适应不同管径的管道,配... 详细信息

基于ATmega128单片机的管道探测机器人系统,包括硬件系统设计以及软件程序实现。为满足不同工业环境的需要,设计了无线与RS485总线两套通信方案进行人机交互控制系统与单片机的通信。独特的变径结构可以让机器人适应不同管径的管道,配合高效的电池切换算法,可以使其更好的适应工业环境。为了观察管道内部信息,安装了一个可360°旋转的摄像头,将管道内部画面实时传送给上位机。

关键词：管道探测节能调度算法人机交互控制系统无线通信

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基于DVS的多核周期任务节能调度策略研究

基于DVS的多核周期任务节能调度策略研究

作者：王宇武汉理工大学

学位级别：硕士

近年来,多核处理器在流媒体和高性能计算领域应用广泛。多核处理器与单核处理器相比带来了更高的性能,但同时也带来了更多的能耗,较高的能量消耗会导致处理器热量的增加及系统可靠性的降低。节能性要求也必然存在于多核计算平台上的应... 详细信息

近年来,多核处理器在流媒体和高性能计算领域应用广泛。多核处理器与单核处理器相比带来了更高的性能,但同时也带来了更多的能耗,较高的能量消耗会导致处理器热量的增加及系统可靠性的降低。节能性要求也必然存在于多核计算平台上的应用之中。处理器能耗占系统总能耗的一半以上,处理器的能耗主要由动态能耗和静态泄露能耗构成,一般情况下,动态能耗占处理器总能耗的70%左右。根据当前任务的能量消耗特性和多核系统结构,在满足系统可靠性和截止期约束的前提下,如何减少能量消耗已成为多核处理器实时节能调度研究领域的热点。本文主要工作如下： (1)基于处理器核负载总均衡的思想,提出了PWBP任务映射策略,该策略将任务队列中的任务按任务利用率从大到小排序,抽取前M个任务并将这M个任务轮询映射到M个处理器核上,剩余的任务按顺序映射到当时负载最小的处理器核直至任务映射完成,此策略的核心思想是保持处理器核的总负载均衡,仿真实验表明该映射策略与其他映射策略相比有更好的节能效果;然后,基于周期任务的静态空闲时间SST提出了MSSF最大静态空闲时间优先排序策略,在利用DVS技术回收动态空闲时间之前,该策略对映射到处理器上的任务按静态空闲时间SST的大小进行重新排序,在单核处理器中,将MSSF排序策略与现有GSSR策略和STF策略对比,仿真实验结果表明了MSSF排序策略的优越性。 (2)结合DVS技术中的HR2混合调度法,提出了PWBP-DSR节能调度算法,并根据最小关键速度Scritical增加了处理器速度判断机制：当处理器的速度S≤scritical时让处理器的执行速度S=Scritical如果处理器的速度Scritical算法PWBP-DSR-M,将提出的改进算法PWBP-DSR-M与参考文献算法GEDF-OLEASA(ALL)和GEDF-OLEASA(EACH)对比,实验结果表明提出的改进算法比其他两种对比算法节能将近10%。

关键词：多核处理器节能调度算法动态电压调节空闲时间

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移动实时数据库系统节省能耗的事务调度

移动实时数据库系统节省能耗的事务调度

作者：鄢烈兵华中科技大学

学位级别：硕士

无线通讯技术的发展使得用户可以在任何地方的任何一台计算机(移动的或非移动的)上访问各种各样的共享信息服务。在诸如移动电子医疗、移动实时交通信息管理及其浏览系统、移动电子拍卖系统、移动因特网股票交易系统等许多移动应用系统... 详细信息

无线通讯技术的发展使得用户可以在任何地方的任何一台计算机(移动的或非移动的)上访问各种各样的共享信息服务。在诸如移动电子医疗、移动实时交通信息管理及其浏览系统、移动电子拍卖系统、移动因特网股票交易系统等许多移动应用系统中,移动用户需要使用他们的掌上电脑、膝上电脑、个人数字助手(PDA)、以及笔记本电脑来迅速访问各种实时信息。移动计算技术改进了信息的分布性与流动性,然而,通过移动网络访问短暂有效信息有赖于对实时数据的有效管理以及事务的实时处理。移动计算强烈需要实时数据库技术的支持,而有效管理事务的执行以满足实时性和能耗最小是实时系统最基本、最核心、最关键的任务,如何在满足实时性要求的前提下尽可能降低系统能耗己成为目前移动实时系统设计所面临的新挑战。在移动实时数据库系统中,事务调度是移动实时数据库事务管理的重要方面。移动实时数据库中的事务是基于优先级来调度执行的,传统的优先级调度有截止期最早最优先,空闲时间最短优先等,在调度时,优先级最高的事务优先执行。事务的节能调度是在原有调度算法中加入频率调整策略,不改变移动实时事务的优先级,在保证移动实时事务时间正确性及结果正确性的条件下,通过合理的频率调整来降低系统能耗。可以统一收集整个事务调度的空闲时间,根据事务的空闲时间长短分派给事务一定的空闲时间,来延长事务的执行时间,降低事务的执行频率,此时,处理器的电压也会降低,由能耗与处理器电压的关系可知,当降低处理器电压时,会同时减少了处理器速度,而这将平方级的减少任务能量消耗,于是达到了节省能耗的目的。

关键词：移动实时数据库节能调度低功耗动态优先级节能调度算法