片上多处理器系统的多线程调度策略

本文提出了一种多线程调度策略,解决片上多处理器系统的线程分配问题。实验证实,本文的线程调度策略有效地实现了系统的负载均衡。     

多核多线程结构线程调度策略研究

片上多核多线程（CMT）结构兼具了片上多处理（CMP）和同时多线程（sMT）结构的优势，支持片上所有处于执行状态的线程每周期并行执行，导致核内与核间硬件资源共享和争用问题。该文在阐述CMT结构的资源共享特征并简要介绍SMT线程调度发展状况的基础上，主要围绕以减少资源争用为目标的线程调度策略和资源划分机制等热点，分析其研究现状，论述已有策略在处理这些问题上的优缺点，并探讨了可能的研究发展方向。     

多核并行技术在分子动力学模拟中的应用

为了充分利用多核处理器资源,研究了一种用于分子动力学模拟中的多核并行技术。在多核处理器上利用OpenMP技术实现多线程创建与同步、动态设置子线程的调度运行方式以及负载均衡以减少子线程执行等待时间。通过对不同分子体系结构下的动力学模型测试,得出在不同子线程下并行计算的时间,并且得到了良好的性能加速比。实验结果表明,采用OpenMP并行技术可有效地提高电荷求解过程在分子动力学模拟运算中的时间效率,以及多核计算机资源的利用率。     

基于线程流水线的多核线程调度策略

针对多核环境中操作系统的线程调度问题,提出一种基于线程流水线的线程调度策略。基于片上多线程处理器,借鉴流水线技术的并行优势,引入线程流水线的概念。通过确定线程特征指标,计算线程流水线的聚合度及对应线程的吻合度,从而完成线程调度,并在此基础上对其进行嵌入式方向的优化。模拟真实环境的实验结果表明,与基于静态优先级的调度策略相比,该策略消耗时间较少。     

多核同时多线程处理器的线程调度器设计

多核同时多线程处理器(SMT_PAAG)是用于图形、图像及数字信号处理的一种多核处理器。基于这种处理器提出了一种硬件线程调度器,该调度器采用同时多线程技术,最多可同时执行四个线程,支持八个线程阻塞模式下的快速上下文切换。这样避免了因阻塞带来的等待问题,能够有效提高处理器的工作效率和资源利用率。通过在处理器上运行图形处理算法进行性能评测。结果表明,SMT-PAAG处理器通过挖掘指令级并行和线程级并行,将处理器的性能提高了69.25%。     

分布式实时嵌入式系统任务调度研究

本文把分布式系统调度分为全局调度和本地调度两个调度层次；为了满足实时性能。把线程分为非时间片线程以及时间片线程两类。本文同时指出了分布式嵌入操作系统的任务调度略。同时在Linux开放代码的基础上修改Linux内核的调度策略，初步实现了分布式实时调度策略并进行了测试。     

一种海量数据流应用并行优化模型

计算进入了多核时代,处理器的发展不再由更快的主频带动,而是依靠增加片上的多个核心.但是,对于高性能应用来说,多核平台的并行处理由于缺少适合的并行程序开发工具还处于初始阶段,对应用的优化需要对底层线程结构的深入了解和正确使用.从海量数据流应用的特点出发,提出了三级流水多线程模型,它的线程同步机制没有竞争,并且实现了不同特征数据流的差别服务.然后,在遥感图像处理和骨干网网络入侵检测系设计中,应用了海量数据流应用模型,并在多个多核平台下对骨干网网络入侵检测系统进行了性能评价.对SPARC T1平台上的线程映射方法进行研究,测试了不同映射方法的性能,并归纳出应用在体系结构方面的特征;采用Sun SPARC T1架构8核32线程服务器和曙光x86架构8处理器16核服务器对系统吞吐率进行了测试,实验结果都表现了良好的可扩展性;使用真实骨干网络流量记录文件回放产生的模拟流量,对比测试了模型应用前后数据流的服务时间,改进系统的响应时间获得了显著的提高;针对系统连接数大、负载重和处理多样性的特点,采用基于探针流的采样算法准确测试了在精确预测IP网段策略下系统的服务质量,同时也测试了增加服务质量优化后系统的延迟开销,实验结果表明,系统在引入较少延迟下提高了数据流的服务质量.     

多核机群主节点并发发送数据的可分负载调度

对于节点计算、通信与存储能力不同、节点由多个多核处理器(多个片上多处理器)组成且共享L3cache的机群系统,采取计算与传输重叠模式,提出了主节点以多进程方式并发发送数据给从节点的可分负载调度模型.该调度模型自适应节点具有不同的计算、通信和存储能力,动态计算、确定调度轮数和每轮调度分配给各从节点的负载块规模,以平衡各节点的计算负载、减少节点之间的通信开销,缩短任务调度长度.依据各节点中的L3cache,L2cache和L1cache的可用存储容量,提出了对节点主存中接收到的负载块进行多级缓存划分的数据分配方法,以确保分配给节点中各个多核处理器、各个内核的负载平衡.基于提出的多核机群节点间可分负载调度模型和节点内多级存储数据分配方法,设计实现了节点拥有多个多核处理器的异构机群上通信和存储高效的k-选择并行算法.在曙光TC5000A多核机群系统上,测试了主节点并行与串行发送数据给从节点的任务调度方式、各级缓存利用率、每个核心执行不同数目的线程对并行算法运行性能的影响.实验结果表明:基于主节点并发发送数据给从节点的调度模型设计的k-选择并行算法,其运行性能优于基于主节点串行发送数据给从节点的调度模型设计的k-选择并行算法;L3cache和L2cache利用率大小对算法运行性能影响较大;当L3cache,L2cache和L1cache利用率取其优化组合值、每个核心运行3个线程时,算法所需的运行时间最短.     

信号实时采集系统的最佳并行线程数的研究

为解决多核环境下,信号采集系统的数据处理实时性问题,提高波形数据采集和数据显示速度,提出使用裸线程构建数据采集模块和数据处理模块的最佳线程分配数量的最优线程分配算法,其目的在于合理分配线程给各个模块,达到系统的最佳性能。该算法基于生产者-消费者模式、操作系统多线程时间片轮转调度策略,根据各模块的工作量酌情调节线程比例,使应用程序达到最高加速比。实验表明,在双核环境下,该最佳线程数算法计算出最佳线程组合,使采集波形数据和数据显示合理并行化,相对于其他的线程组合分配方式完成程序花费的时间更少,提高了系统加速比、运算性能以及实时性。通过最优线程分配算法,提供了最优的线程数量分配方案,提高并行程序执行效率,减少了不必要的线程开销,提高了波形信号采集实时性。     

基于异构感知静态调度与动态迁移的异构多核调度机制

异构多核处理器体系结构可以有效减少功效开销,是处理器发展的趋势,负载不平衡问题会造成处理器执行的不稳定。提出一种基于异构感知的静态调度和动态线程迁移相结合的异构多核调度机制,解决了不同核之间的负载平衡问题,提高了吞吐量。仿真实验通过将此调度机制与静态调度策略（SS）比较,表明该机制提高了异构多核处理器的性能并保证了执行过程的稳定性。     

lwThread：轻量级通用多线程

针对嵌入式系统开发中多线程技术可移植性较差的问题,提出一种通用的轻量级多线程模型——lwThread,采用标准C语言实现,在源程序级实现线程的切换。与同类技术相比,lwThread不但可以实现线程的优先级,还可以为每个线程动态分配独立的栈空间,同时介绍确定共享栈池大小的理论依据。实验结果表明,lwThread模型可以有效提高开发效率,并降低资源消耗。     

一种新型实时调度算法研究

在许多片上特定应用系统中，任务多且切换频繁，任务切换开销大，有时甚至严重影响系统的可调度性．研究了动态可抢占门限调度算法，它通过初始门限值、动态门限值的计算和优化线程分配，实现了在处理器高利用率下，有效降低任务切换开销的目的，并相应地减少了对内存的需求．动态可抢占门限调度算法是将静态抢占门限算法与动态调度算法有机地结合在一起。完成了由静态到动态无缝转换．     

手机实时操作系统RTXC在Windows环境中的模拟

为支持手机MMI软件开发，通常需要在Windows平台中建立针对手机硬件和下层软件接口的模拟环境，其中手机实时操作系统RTXC的功能也需要在模拟环境中实现。通过用单个Windows线程来模拟运行RTXC内核和它所有的任务，可以继承使用RTXC绝大多数源代码；但技术难点是：需要在Windows环境中重新定义RTXC任务切换的堆栈帧结构，重写任务上下文切换过程．模拟实现外部中断的禁止／使能和外部中断服务程序ISR同RTXC内核的接口。     

基于SystemC的AADL软构件仿真代码转换技术

目前,AADL在任务关键和安全关键嵌入式领域有着良好的应用.如何在设计阶段对AADL模型进行仿真,并根据仿真结果迭代构造和精化设计模型,以尽早发现设计模型中存在的问题,保障设计模型的质量,进而减少系统开发的代价,是目前急需解决的技术挑战.SystemC是一种软硬件协同仿真的系统描述语言,由此提出了AADL软构件到Sys...     

基于混合粒子群优化的CMP线程调度方法

为提高片上多核处理器(CMP)架构中线程调度的执行效率,发挥CMP的并行性能,提出一种基于混合粒子群优化算法的线程调度方法.根据设计的线程调度模型,利用有向无环图表述线程及线程间的相互依赖关系,并采用改进的混合粒子群算法对其进行合理调度.实验结果表明,该方法的执行效率优于现有的遗传算法,能有效地降低任务的执行时间,充分发挥多核架构的优势.     

Storm环境下基于拓扑结构的任务调度策略

针对Storm流式计算平台中默认轮询调度策略存在通信开销大、负载不均衡的问题,提出基于拓扑结构的任务调度策略（TS²）。首先,选取CPU资源充足且可用的工作节点并各分配一个进程,消除节点内进程间通信开销,优化进程部署;然后,分析拓扑结构,找出拓扑中度最大的组件,优先分配该组件的线程;最后,在满足节点可承载最大线程数的条件下,尽可能将关联任务部署到同一个节点来减少节点间通信开销,改善集群负载均衡,优化线程部署。实验结果表明：在系统延迟方面,与Storm默认调度策略和离线调度策略相比,TS²的平均优化率分别为16.91%和5.69%,有效提高了系统的实时性;在节点间通信开销方面,TS²相比于Storm默认调度策略平均降低了15.75%;在平均吞吐量方面,TS²相比于Storm默认调度策略平均提升了14.21%。     

应用于实时控制系统的线程池调度策略设计

在进行多任务实时控制系统设计时,采用线程池技术是一种有效的解决方法,但必须首先避免超时的发生。为了降低线程完成的超时发生率,采用Half-Sync/Half-Async线程池架构建立实时控制系统的线程池,利用最小二乘支持向量回归机（LSSVR）对线程执行时间进行预测估计,再基于估计结果对线程池线程的分配调度优先级别算法进行设计。性能测试以无线图像传感器网络节点为对象对所设计的LSSVR线程池及其他线程池在不同状态下的超时发生率做了比较,结果表明在大多数应用情况下LSSVR线程池在抑制超时方面具有明显的优越性。     

层次化动态实时调度框架的设计与实现．

现有嵌入式系统具有应用场景多变、实时性要求严格、上层应用复杂、鲁棒性较强等特点,在嵌入式操作系统层面对系统防危性要求较高。时间隔离机制是提高系统防危性的重要组成部分,为此,提出一种将层次化动态实时调度框架作为时间隔离的实现策略。引入任务同质性的概念进行任务分划,将产生的任务集作为层次框架的基础,证明多层次框架下实时任务的可调度性条件,设计调度算法结构并实现调度算法的动态切换。仿真结果和理论分析表明,该调度框架在保证上下文切换时间复杂度稳宦的前撂下．可楫高秦统防毹性并动态应对系统债载的变化。     

Parallel desynchronized block matching: A feasible scheduling algorithm for the input-buffered wavelength-routed switch

The input-buffered wavelength-routed (IBWR) switch is a promising switching architecture for slotted optical packet switching (OPS) networks. The benefits of the IBWR fabric are a better scalability and lower hardware cost, when compared to output buffered OPS proposals. A previous work characterized the scheduling problem of this architecture as a type of matching problem in bipartite graphs. This characterization establishes an interesting relation between the IBWR scheduling and the scheduling of electronic virtual output queuing switches. In this paper, this relation is further explored, for the design of feasible IBWR scheduling algorithms, in terms of hardware implementation and execution time. As a result, the parallel desynchronized block matching (PDBM) algorithm is proposed. The evaluation results presented reveal that IBWR switch performance using the PDBM algorithm is close to the performance bound given by OPS output buffered architectures. The performance gap is especially small for dense wavelength division multiplexing (DWDM) architectures.