基于任務(wù)行為分析的功耗優(yōu)化機(jī)制.pdf

1、伴隨著多核體系結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)和芯片工作頻率的提升，功耗問(wèn)題也越來(lái)越為人們所關(guān)注，待機(jī)時(shí)間甚至成為智能手機(jī)的重要標(biāo)準(zhǔn)。在自頂向下的各級(jí)功耗優(yōu)化中，系統(tǒng)級(jí)功耗優(yōu)化具有可控面廣、設(shè)計(jì)周期短、對(duì)系統(tǒng)影響低的優(yōu)點(diǎn)，因此本文將其作為研究的重點(diǎn)。以往的系統(tǒng)級(jí)功耗優(yōu)化方案中鮮有關(guān)注引起負(fù)載變化的根本因素一系統(tǒng)中運(yùn)行的任務(wù)，缺乏對(duì)系統(tǒng)負(fù)載的有效預(yù)測(cè)也成為傳統(tǒng)功耗優(yōu)化技術(shù)效率的瓶頸。本文從系統(tǒng)運(yùn)行中的任務(wù)行為入手，分析任務(wù)的行為與系統(tǒng)功耗之間的關(guān)聯(lián)性，從中提取

2、出可以預(yù)測(cè)任務(wù)下一階段負(fù)載的關(guān)鍵信息，并結(jié)合已有功耗優(yōu)化技術(shù)和硬件狀態(tài)控制手段實(shí)現(xiàn)功耗優(yōu)化。
　　 本文在前人工作基礎(chǔ)上，充分調(diào)研當(dāng)前已有的低功耗管理技術(shù)，包括動(dòng)態(tài)電壓頻率調(diào)整(DVFS)，內(nèi)存局部狀態(tài)調(diào)整(PASR)，動(dòng)態(tài)功耗管理(DPM)，低功耗編譯技術(shù)等等，并對(duì)操作系統(tǒng)中具體如何運(yùn)用這些功耗優(yōu)化技術(shù)進(jìn)行調(diào)研，分析了其實(shí)現(xiàn)機(jī)制中存在的不足，最后提出并實(shí)現(xiàn)了一種基于任務(wù)行為分析的功耗優(yōu)化機(jī)制。
　　 本文的工作開(kāi)展過(guò)程

3、中，首先對(duì)國(guó)內(nèi)外已有的任務(wù)行為分析方法和功耗優(yōu)化技術(shù)進(jìn)行了相關(guān)調(diào)研，并深入內(nèi)核分析了當(dāng)前功耗優(yōu)化機(jī)制的不足，然后對(duì)任務(wù)行為與系統(tǒng)功耗之間的關(guān)聯(lián)性進(jìn)行了相關(guān)討論，并通過(guò)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)證明了任務(wù)的行為特征中確實(shí)存在與功耗相關(guān)的信息;進(jìn)而提出對(duì)任務(wù)行為進(jìn)行完整刻畫的方式并構(gòu)建任務(wù)行為特征庫(kù)的方法;最后綜合已有操作系統(tǒng)級(jí)功耗優(yōu)化技術(shù)和特征庫(kù)信息指導(dǎo)硬件狀態(tài)調(diào)整以實(shí)現(xiàn)功耗優(yōu)化。
　　 本文開(kāi)展的研究工作包括:
　　 1.調(diào)研國(guó)內(nèi)外關(guān)于

4、功耗優(yōu)化問(wèn)題的研究成果和現(xiàn)狀，對(duì)linux內(nèi)核中的功耗優(yōu)化實(shí)現(xiàn)機(jī)制進(jìn)行分析并指出其中有待改進(jìn)的部分。
　　 2.調(diào)研當(dāng)前任務(wù)行為分析的主要方法，對(duì)任務(wù)行為與功耗優(yōu)化的關(guān)聯(lián)性進(jìn)行了分析。進(jìn)一步介紹本文提出基于任務(wù)行為的功耗優(yōu)化機(jī)制的動(dòng)機(jī)，并通過(guò)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)證明了該方法的可行性。
　　 3.分別對(duì)任務(wù)的處理器行為和I/O行為進(jìn)行分析，進(jìn)而運(yùn)用多種方法從中提取出指導(dǎo)功耗優(yōu)化的關(guān)鍵信息，并構(gòu)建任務(wù)行為特征庫(kù)。
　　 4.將

5、任務(wù)行為特征庫(kù)運(yùn)用到動(dòng)態(tài)電壓縮放和動(dòng)態(tài)功耗管理等操作系統(tǒng)級(jí)功耗優(yōu)化技術(shù)中，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證方法的正確性。
　　 5.在最新的異構(gòu)處理器架構(gòu)中運(yùn)用任務(wù)特征庫(kù)信息指導(dǎo)任務(wù)的核間遷移。與以往工作相比，本文的新貢獻(xiàn)如下:
　　 1.將馬爾科夫鏈、統(tǒng)計(jì)學(xué)、機(jī)器學(xué)習(xí)、相似性度量等方法運(yùn)用到任務(wù)行為分析中，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了任務(wù)關(guān)鍵信息提取的多種方案。
　　 2.將任務(wù)行為分析運(yùn)用到功耗優(yōu)化中，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于任務(wù)行為特征庫(kù)的完整