专利名称：一种基于dvfs技术的大规模并行任务节能调度方法
技术领域：
本发明属于分布式计算领域，具体涉及一种基于DVFS技术的大规模并行任务节能调度方法，用于解决大规模并行任务在数据中心等环境中的能耗问题。
背景技术：
随着云计算技术的兴起，作为其基础设施的大规模分布式处理系统(比如数据中心和集群等)，开始了不断建设并已经在工业界得到广泛而深入的应用，逐渐成为了高性能计算的主流平台。然而，云计算平台在提供强大的计算能力的同时也带来了能耗开销巨大的问题。根据EPA (Environment Protection Agency)报告，2006年美国数据中心的总能耗已达到 614 亿 KWh,相比 2000 年翻了一番(请参考 U.S.E.P.Agency,“Report to congresson server and data center energy efficiency public law,，，2007。)。高速增长的倉泛耗开销已经成为云计算平台发展的瓶颈，急需得到有效的解决。动态电压频率调节(DynamicVoltage and Frequency Scaling, DVFS)技术是目前计算机系统低功耗设计中常用的节能技术。DVFS技术利用了 CMOS电路特性:CM0S电路的功耗正比于时钟频率和电压的平方，即每个时钟周期的能量消耗正比于电压的平方。对于一个任务来说，完成它所需要 的时钟周期是固定的，所消耗的能量与电压的平方成正比，只有降低电压才能减少能量开销。但是由于时钟频率与电压的线性关系，降低电压会减少时钟频率，增加任务完成时间，导致性能下降(请参考Mudge T.Power:A first class designconstraint for future architecture[C].Proceedings of the 7th InternationalConference onHigh Performance Computing, 2000。)。可见，DVFS 技术是以延长执行时间为代价来达到减少能量消耗的目的，是功耗和性能之间一种权衡。分布式处理系统中服务器的负载经常是不均衡且动态变化的，利用DVFS技术的特点进行任务调度可使得服务器系统在不影响服务能力的情况下最大限度降低整个系统的能量开销。并行任务是分布式处理系统中最重要的应用类型。目前利用DVFS技术的并行任务节能调度一般包含如下两个步骤:I)任务映射；2)电压调节。文献I (请参考V.Shekarand B.1zadi, “Energy aware scheduling for dag structured applications onheterogeneous and dvs enabled processors,，，in Green Computing Conference,2010International.1EEE, 2010, pp.495-502)首先在服务器处理器最优性能/最高电压下进行任务映射，然后利用贪婪式的方法降低任务的执行电压以减少任务功耗；文献2(请参考 H.Kimura, M.Sato, Y.Hotta, T.Boku, and D.Takahashi, “Emprical study on reducingenergy of parallel programs using slack reclamation by DVFS in a power-scalablehigh performance cluster,，，in Cluster Computing,2006 IEEE InternationalConference on.1EEE, 2006, pp.1-10)同样先是在处理器最优性能下进行任务分配,然后通过局部考虑任务间依赖关系寻求任务电压调节策略的局部最优值；以上方法在进行电压调节时都缺乏考虑全局信息，仅从局部信息进行电压调整，因此其节能效果仍不是最优效果。与上述两种方法不同，文献3 (Y.Lee and A.Zomaya, “Energy conscious scheduling fordistributed computing systems under different operating conditions,，，Paralleland Distributed Systems, IEEE Transactions on, n0.99, pp.1-1,2011)并不将任务映射与电压调节进行严格阶段区分，其提出了一个任务性能和能耗开销的综合目标函数，通过帕累托最优的方法同时决定任务的执行位置及执行电压，该方法在能耗开销上取得了很好的效果，但仍存在执行性能无法动态调节，不能满足用户动态需求的问题。
发明内容
本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种基于DVFS技术的大规模并行任务节能调度方法，降低云计算平台的运行能耗开销，在保证并行任务执行性能的情况下，建立并行任务调度的数学模型，通过分析并行任务的内联关系设计了全局优化的调节策略，提出一个高效的启发式的并行任务节能调度方法。本发明是通过以下技术方案实现的:一种基于DVFS技术的大规模并行任务节能调度方法，所述方法包括以下步骤:(I)任务映射阶段:将所有处理器的初始状态均设为运行在其最高电压和最高频率状态，然后通过计算获得任务映射阶段的有向无环图(DAG)调度结果的整体执行时间M.iviHEFT , (2)任务拉伸阶段:将任务的执行电压和频率进行拉伸优化，在不影响整体性能的情况下降低能耗开销。所述步骤(I)包括以下步骤:(Al):计算所有任务的平均执行开销；设任务ni在处理器Pk上的执行开销记为Wi,k，则该任务在q个处理器上的平均执
行开销是该任务在所有处理器上的执行时间的均值，如下式所示:
权利要求
1.一种基于DVFS技术的大规模并行任务节能调度方法，其特征在于:所述方法包括以下步骤: (1)任务映射阶段:将所有处理器的初始状态均设为运行在其最高电压和最高频率状态，然后通过计算获得任务映射阶段的有向无环图调度结果的整体执行时间Mheft ； (2)任务拉伸阶段:将任务的执行电压和频率进行拉伸优化，在不影响整体性能的情况下降低能耗开销。
2.根据权利要求1所述的基于DVFS技术的大规模并行任务节能调度方法，其特征在于:所述步骤(I)包括以下步骤: (Al):计算所有任务的平均执行开销； 设任务Hi在处理器Pk上的执行开销记为Wi,k，则该任务在q个处理器上的平均执行开销是该任务在所有处理器上的执行时间的均值，如下式所示:
3.根据权利要求2所述的基于DVFS技术的大规模并行任务节能调度方法，其特征在于:所述步骤(2)包括以下步骤: (BI):如果MheftS Tdeadlim，转入步骤(B2)，Tdeadlim为用户设定的并行任务最长执行时间；如果Mheft > T—则调度无法满足用户设定，转入步骤(B14)； (B2):计算任务拉伸系数μ(B3):令S为所有任务的集合，当S不为空时，从S中取出AFT (Iii)值最大的任务Iii ；(B4):对任务映射阶段的原调度进行拉伸，在处理器Pk不变的情况下重新计算任务Iii的实际结束时间AFT' (Iii)和实际开始时间AST' (Iii)，计算方式如下: 将实际开始时间更新为:
全文摘要
本发明提供了一种基于DVFS技术的大规模并行任务节能调度方法，属于分布式计算领域。所述方法包括以下步骤(1)任务映射阶段将所有处理器的初始状态均设为运行在其最高电压和最高频率状态，然后通过计算获得任务映射阶段的有向无环图调度结果的整体执行时间MHEFT；(2)任务拉伸阶段将任务的执行电压和频率进行拉伸优化，在不影响整体性能的情况下降低能耗开销。本发明方法在不影响大规模并行任务整体执行时间的条件下，显著降低了并行任务带来的能耗开销。
文档编号G06F1/32GK103235640SQ20131000642
公开日2013年8月7日 申请日期2013年1月8日 优先权日2013年1月8日
发明者王玉龙, 苏森, 黄庆佳, 双锴, 徐鹏 申请人:北京邮电大学