[发明专利]用于平衡能量消耗和调度性能的作业调度方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及对提交到能够进行动态频率和电压调整(DVFS)的 处理器的作业的调度。

背景技术

动态频率和电压调整(DVFS)技术已经变成如今多核处理器中 的标准特征。这些技术允许系统或者用户在统计上或者动态地变化向 处理器供应的频率和电压，因此以计算速度为代价来变化计算中所耗 费的能量。例如，在固定电压下降低处理器频率允许降低处理器功率 消耗。另一方面，有时成比例而有时以比处理器功率的降低更小的比 例降低计算速度。

以每秒千万亿次和更高速度进行的大规模计算将需要程序在数 十万至数百万处理器上运行。这意味着为了执行这样的程序而消耗的 能量将达到数百万瓦特至数千万瓦特级。在该等级，术语“性能”获得 超出仅计算速度的含义：“性能”意味着计算作业如何智能地平衡速度 和功率消耗。为了实现该平衡，频率和电压调整技术成为关键。一些 程序可能在它们的一些执行阶段期间对小的频率和电压变化相对敏 感，并且这可以有利地用于高效高性能计算运行。因此，已经进行了 大量研究以发现可以最好地对功率开支与可接受的计算速度折衷的 DVFS设置。

除了用于处理器的DVFS技术之外，还进行了考察，探求降低 其它计算硬件、诸如物理存储器、盘驱动、与网络有关的硬件和电源 的能量消耗的方式和手段。所有这些技术在减少能量消耗之时可能潜 在地影响程序性能。因此广而言之，在运行于当前和未来计算基础设 施上的应用的性能这一背景中，有必要不仅考虑计算效率，而且考虑 能量-计算效率折衷。

向超级计算设施或者数据中心提交大量作业。为了增加它们的 执行调度的效率，回填(backfill)技术与诸如先到先服务这样的典型 调度算法一起使用。回填允许较小作业“填塞”到调度、完成和运行中 的较大作业留下的时空间隙中，因此提高总调度性能度量(诸如平均 减慢度(slowdown)或者平均完成时间)。

并行程序在被提交到数据中心或者超级计算中心时进入调度队 列。由于在队列中存在等待的其它任务或者在计算资源上执行的其它 任务，所以未立即执行提交的程序。因此，为了处理提交的计算任务 而需要的时间比任务本身的运行时间大得多，因而用户不预计他们的 程序快速返回。用户因此自然地允许他们提交的任务在完成和返回时 间上松弛(slack)。该松弛本身通常是不固定的，而是变化的，在数据 中心上的负荷大时增加。

在能量高效的计算方面，近来和新兴研究领域之一是能量感知 调度。基于DVFS的能量感知调度(或者另一能量优化技术)应用于 在调度中提交的作业，这些作业的运行时间常会增加。为了减轻该问 题而需采取的一些方式包括选择其运行时间受DVFS相对影响较少的 作业或者在低利用率时段期间应用DVFS，并且在考虑用户的最后期 限约束的情况下，利用该用户由于数据中心上的负荷而允许的松弛。

发明内容

本发明的一个实施例提供一种计算机实现的方法，该方法包括： 识别用于多个代表作业的作业性能数据；以运行时间过高估计值与处 理器调节值的各种组合运行多个作业的基于回填的作业调度的仿真， 其中该仿真生成包括能量消耗和作业延迟的数据；使用仿真生成的用 于多个作业的数据来识别运行时间过高估计值与处理器调节值的组 合中的一个组合，该一个组合使能量消耗参数与作业延迟参数的数学 乘积最优化；以及使用所识别的运行时间过高估计值与处理器调节值 的组合来调度向处理器提交的作业。

本发明的另一实施例提供一种计算机程序产品，该计算机程序 产品包括实现于计算机可用介质上的计算机可用程序代码，该计算机 程序产品包括：用于识别用于多个代表作业的作业性能数据的计算机 可用程序代码；用于以运行时间过高估计值与处理器调节值的各种组 合运行多个作业的基于回填的作业调度的仿真的计算机可用程序代 码，其中该仿真生成包括能量消耗和作业延迟的数据；用于使用仿真 生成的用于多个作业的数据来识别运行时间过高估计值与处理器调 节值的组合中的一个组合的计算机可用程序代码，该一个组合使能量 消耗参数与作业延迟参数的数学乘积；以及用于使用所识别的运行时 间过高估计值与处理器调节值的组合来调度向处理器提交的作业的 计算机可用程序代码。

附图说明

图1是根据本发明一个实施例的能量感知回填调度方法的流程 图。

图2是根据本发明一个实施例的能量感知回填调度方法的流程 图。