系統(tǒng)級熱敏感管理技術(shù)的研究.pdf

1、隨著半導(dǎo)體工藝的不斷進(jìn)步，集成電路芯片的集成度越來越高，無論是在服務(wù)器領(lǐng)域還是在嵌入式平臺，功耗/能耗已經(jīng)成為了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的關(guān)鍵資源。目前數(shù)據(jù)中心運(yùn)營成本主要是由功耗/能耗所決定的，電池的續(xù)航時間往往限制了嵌入式平臺的可用性。然而計(jì)算機(jī)各部件溫度的不斷提高嚴(yán)重影響了系統(tǒng)性能，可靠性，同時也進(jìn)一步加劇了功耗/能耗的消耗。如何控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)功耗/溫度的問題（或稱“熱敏感管理技術(shù)”）已經(jīng)成為學(xué)術(shù)界和工業(yè)界所關(guān)心的重點(diǎn)問題。
　　 操作

2、系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中進(jìn)行資源分配和任務(wù)調(diào)度的核心，能夠綜合利用底層硬件提供的動態(tài)電壓頻率調(diào)節(jié)(DVFS)和動態(tài)功耗控制(DPM)等手段，結(jié)合系統(tǒng)運(yùn)行時信息進(jìn)行系統(tǒng)熱敏感管理。
　　 本文以平衡系統(tǒng)的性能、公平性、功耗和溫度等關(guān)鍵參數(shù)為目標(biāo)，結(jié)合操作系統(tǒng)和體系結(jié)構(gòu)理論，研究任務(wù)行為特征、線程分組管理和保持功能部件狀態(tài)親和性等關(guān)鍵理論和技術(shù)，在操作系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)熱敏感的任務(wù)和資源管理框架。
　　 本論文圍繞如何提高處理器、內(nèi)存以及

3、整個系統(tǒng)的熱效率，開展以下的主要研究工作:
　　 1.對當(dāng)前國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的研究進(jìn)行總結(jié)，分析現(xiàn)有的功耗，溫度管理方法存在的一些不足;
　　 2.提出頻率親和性的概念，延長處理器處于同一頻率的時間，降低處理器頻率調(diào)節(jié)的頻度，提高處理器的功耗效率。同時根據(jù)線程對處理器性能需求的不同將系統(tǒng)內(nèi)的線程分成不同的線程組，按照線程組來進(jìn)行線程的管理。結(jié)合頻率親和性和線程組調(diào)度進(jìn)行處理器的熱敏感管理;
　　 3.提出訪存親和性

4、的概念，提高訪存的局部性，將暫時不用的內(nèi)存置為低功耗狀態(tài)，提高內(nèi)存的功耗效率。同時修改內(nèi)存管理中頁分配策略，將線程所需的內(nèi)存盡量聚集在同一內(nèi)存rank中，并將使用相同內(nèi)存rank的線程劃分成同一個線程組。結(jié)合訪存親和性和線程組調(diào)度進(jìn)行內(nèi)存的熱敏感管理;
　　 4.分析當(dāng)前處理器功耗/溫度管理方法和內(nèi)存功耗/溫度管理方法難以結(jié)合的原因，基于線程組的概念，結(jié)合頻率親和性和訪存親和性，進(jìn)行系統(tǒng)的熱敏感管理;
　　 5.通過分析

5、任務(wù)的行為特征，首次提出“功能事件”概率刻畫線程的冷熱特征和線程間的依賴關(guān)系，在此基礎(chǔ)上抽象出任務(wù)模式，作為表示系統(tǒng)行為特征的手段。根據(jù)功能事件進(jìn)行系統(tǒng)級的熱敏感管理;
　　 6.詳細(xì)分析現(xiàn)有熱敏感管理方法對操作系統(tǒng)產(chǎn)生的影響，針對這些影響基于時間片縮放的調(diào)度方法解決這些問題。
　　 本論文研究的新貢獻(xiàn)如下:
　　 1.擴(kuò)展“線程組”概念，按任務(wù)的行為模式進(jìn)行線程分組，分配處理器和內(nèi)存等硬件資源。首次提出頻率親和

6、性的概念，結(jié)合線程組和頻率親和性提出頻率親和性感知的線程組調(diào)度策略，在保證系統(tǒng)性能和線程公平性的前提下實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)級熱敏感控制;
　　 2.提出將線程所需內(nèi)存聚集到同一個內(nèi)存rank的操作系統(tǒng)頁分配算法，并結(jié)合線程組調(diào)度，首次提出訪存親和性感知的線程組調(diào)度策略，延長同一內(nèi)存rank訪問和其他rank空閑的時間，最大程度的降低內(nèi)存功耗;
　　 3.首次提出系統(tǒng)級行為分析的“功能事件”分析法，用功能事件概念對系統(tǒng)的行為特征進(jìn)行刻