[发明专利]面向多源多核系统的基于超任务网的多核调度方法

说明书

本发明公开了一种多源多核系统的调度方法，综合处理了任务模块间的生产者‑消费者相关性和结构相关性，以及任务间由于竞争资源而存在的动态间接相关性，实现任务到多源多核系统的面向性能的最优分配。该方法以描述任务的两种相关性的超任务网为输入，通过超任务网的最优拓扑序列构造与多源多处理器的核协同网构造,实现两次空载消减,解决了假忙问题，使传统调度算法相关性约束条件“旋转”到超任务网，解决了调度算法不能解决这种动态性的问题.该方法也可用硬件或软硬件结合实现,给出一种软件定义CPU的模式SD‑CPU，成为一种新的基础计算实体。

技术领域

本发明涉及计算机软件领域，尤其是计算机操作系统的调度模型(体系)。

背景技术

非对称多核系统是指由单一CPU的多核或多CPU(含SMP、NoC-MP、Mesh-MP等多CPU体系)的多核,通过网络互联构成的计算系统。在非对称多核系统中，要实现高效的多任务和大任务执行,任务调度问题是必须解决的一个关键问题。高效的任务调度策略和算法可以充分利用非对称多核系统的处理能力。然而，一般任务调度问题已被证明是一个NP完全问题，因此，它引起了众多学者的关注，成为目前计算机研究领域中的一个焦点。

在任务调度方面，已有人做了大量研究，然而，归纳起来，目前相关研究中主要存在下列问题：

(A)算法缺乏对任务相关性的考虑

目前的大多数调度算法都没有考虑任务的相关性。有的虽然考虑了相关性，也是只考虑了多线程同步引起的相关性，对于大任务中模块间的相关性、多任务间的因为资源竞争引起的相关性(称为间接相关性)，都缺乏考虑。有的研究虽然考虑过竞争资源引起的相关性，但也局限于考虑不同类型的计算行为调配不同类型的核，而没有根据相关关系组织核的分配。事实上，相关性既是个提高调度质量(减少空载)的根本问题，也是个难以处理的问题。

(B)算法模式的局限性

目前的针对OS下的任务的多核调度方法，大多数是直接的基于集合映射，中间未采用有效的数据结构。相应的算法实现，大多是基于集合映射的整数规划方法。虽然也有采用进化算法的，但由于时间复杂度的原因，无法实用。

整数规划的求解的基本思想是一个多步决策模式，每一步都是一种试探，可行则往下进行，不可行则重新计算(产生回溯)。具体的整数规划法有分枝定界法、割平面法、隐枚举法等。

这种方法与约束条件密切相关，当约束条件很复杂时，很难找到较为理想的规划，导致回溯的增多。特别是，对于约束条件动态变化的情况(例如，任务的间接相关性，因为任务的新增与完成以及任务的处于不同计算阶段，相关性会动态变化)，这种方法的效率将更差。

(C)相关性的解决路线问题

目前的调度算法，尽管有些考虑了任务的相关性，但仍然采用基于整数规划的方法，将相关性作为了约束条件，但相关性动态复杂化或者动态变化时，不适合针对约束条件进行决策。这种路线，既不能充分处理相关性，也不可能获得有效的算法。

(D)缺乏考虑可再入分配

目前的调度算法，遇到需要重新分配物理核的时候，大多采用“迁移”的方式，产生较大的迁移代价，这种迁移相当于处理器的中断体系。事实上，有些重新分配的情况，可以充分利用一些不可避免的相关性等待(某些核由于相关性处在空载)，对这些空载核进行再入式分配，可以有效降低迁移代价。

(E)缺乏虚拟化分配

目前的针对OS下的多核调度，大多数都是直接进行任务集到核集或者多CPU的映射，中间没有设置一层虚拟化核。这样会使任务分配与核调度两个问题纠缠在一起，缺乏独立性，增加优化解决的复杂度。另外，任务内负载的并行特征和资源需求是动态变化的，而这种直接把任务集映射到核集的方式，会降低非对称多核系统的计算效率，这是因为只有当多核系统上的处理器核的配置与任务内负载的并行特征匹配时，才能有效提高非对称多核系统的计算效率。