专利名称：一种基于能量模型的可分负荷调度方法
技术领域：
本发明涉及并行和分布式计算领域的可分负荷调度方法。
背景技术：
随着网络技术的发展和普及，并行和分布式计算的应用也越来越广泛，包括并行集群、计算网格、P2P系统、无线传感器网络和云计算等。并行和分布式计算已经成为了网络时代的主流和发展趋势。在并行和分布式计算领域，作业调度是计算的重点和难点问题。不合适的调度算法将会导致资源的浪费和系统性能的大幅下降。作业调度问题不仅与作业负荷的特性有关，也与承担计算的参与者(即计算资源)有关，而且不同的目标函数，也会产生不同的作业调度算法。可分负荷，是作业调度中一种特殊的负荷，它可以分割成任意大小的独立负荷，并分布给不同的计算资源执行。在许多科学和工程领域，可分负荷得到了广泛应用，如计算网格，信号、传感器和工程实验等数据处理，数据密集型计算和数据并行计算等。可分负荷不仅可以应用于很多科学和工程领域的分布式计算，如图像处理、数据库、线性代数和多媒体广播等。同时，可分负荷也可以应用于大规模并行和分布式计算系统，如计算网格、并行集群、无线传感器网络和云计算等。由于可分负荷的典型性和广泛性，形成了系统的可分负荷理论(DLT:Divisible Load Theory)。DLT理论提供了在各种类型的网络平台上,作业调度的分析结果和优化算法，如总线网络、树型网络、星型网络和线性网络等。迄今为止，很多文献研究了不同场景的可分负荷调度问题，包括不同的网络环境、不同的调度方式、不同的系统结构、以及不同的应用领域等。虽然不同场景的调度算法不一样，但算法调度的目标都是优化某个时间值或与时间相关的值，如响应时间等。但是，随着电子芯片技术的发展，计算机硬件的成本已经大幅下降，而单一计算机的计算性能却得到了很大的提升，各类并行和分布式计算系统的处理能力也随之得到了大幅提高，可以在规定的时间内完成各类作业负荷。与此同时，规模化的并行和分布式计算系统，虽然计算性能得到大幅提升，硬件成本也大幅下降，但能量消耗却越来越大，其在总成本中所占的比重，也越来越显著。计算网格、并行集群和云计算等，在一年之中消耗的能量，非常惊人。不仅如此，由于计算性能的提高，系统闲置的计算时间也比较多。这样，在这种情况下，单纯以时间为优化目标的调度算法就越来越显得不合时宜了，技术的发展，调度算法需要更多地考虑能量消耗，从而提高能量利用率，这不仅对于电源有限的设备(如无线传感器网络的节点、嵌入式设备等)很重要，而且对于大规模的集群计算系统(如高性能计算、并行集群、计算网格和云计算等)也相当重要。在计算机的处理器层面,动态电压调节(DVS:Dynamic Voltage Scaling)技术是一种行之有效的节能技术。它可以调整处理器的供电电压和频率，动态改变处理器速度，以适应负荷变化的需要，从而降低处理器功耗，减少能量消耗，提高能量利用率。目前，DVS优化技术已得到大量使用，如Intel公司的XScale处理器，Motorola公司的Motorola6805等。同样，在上层操作系统应用层面，也可以利用DVS技术，合理地调度和分配作业负荷，提高整个系统的能量利用率。国内外有不少学者研究如何利用DVS技术，以提高能量利用率，但大部分的研究都主要侧重于研究非可分负荷，很少有研究可分负荷的能量调度问题，而且主要是研究单一的处理器系统的能耗问题，特别是嵌入式系统中的能耗问题，并没有考虑大规模的并行和分布式系统的能耗问题。为此，基于能量模型的可分负荷调度算法，在总线型网络环境下，以特定的能量消耗模型的基础上，利用DVS技术，以最小能量消耗为目标，对可分负荷进行合理调度。
发明内容
针对规模化的并行和分布式计算系统，为了克服现有的可分负荷调度方法的能量消耗较大、能量利用率较低的不足，本发明提供一种能减少日益增长的能量消耗，提高计算系统的能量利用率的基于能量模型的可分负荷调度方法，在DVS技术的基础上，根据特定的能量模型，以最小化能量消耗为目标，在给定的时间内，对总线型网络环境下的可分负荷进行了合理的调度，不需要重复迭代，不存在计算时间复杂度问题和计算收敛问题。为了解决上述技术问题采用的技术方案为—种基于能量模型的可分负荷调度方法，输入各个处理器的最大处理速度U1,U 2,…，y n，可分负荷总长J，给定时间T ;输出负荷分配Ct 1； Ctf Ctn,处理速度S1, SfSn，所述调度方法包括以下步骤第一步根据处理器的最大处理速度进行排序，使得U1 ≥U2≥…≥Un;第二步计算U avg, Savg 和
权利要求
1.一种基于能量模型的可分负荷调度方法，输入各个处理器的最大处理速度y I，y 2. y n，可分负荷总长J，给定时间T ;输出负荷分配a :，a 2--- a n,处理速度S1, Sf Sn，所述调度方法包括以下步骤 第一步根据处理器的最大处理速度进行排序，使得U > U2Un; 第二步:计算 U avg，Savg 和
全文摘要
一种基于能量模型的可分负荷调度方法，输入处理器的最大处理速度μ1，μ2…μn，可分负荷总长J，给定时间T；输出负荷分配α1，α2…αn，处理速度s1，s2…sn，在动态电压调节技术的基础上，以最小化能量消耗为目标，实现了基于能量模型的可分负荷的调度。本发明提供一种能减少日益增长的能量消耗，提高计算系统的能量利用率的基于能量模型的可分负荷调度方法，在DVS技术的基础上，根据特定的能量模型，以最小化能量消耗为目标，在给定的时间内，对总线型网络环境下的可分负荷进行了合理的调度，不需要重复迭代，不存在计算时间复杂度问题和计算收敛问题。
文档编号G06F9/50GK103064741SQ20121057008
公开日2013年4月24日 申请日期2012年12月24日 优先权日2012年12月24日
发明者刘端阳 申请人:浙江工业大学