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异构多核处理器上实时任务分配算法的研究与实现

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摘要

第1章 绪论

1.1 课题背景

1.2 研究目标和意义

1.3 国内外研究现状

1.4 论文组织结构

第2章 相关知识

2.1 Amdahl定律

2.2 异构多核处理器介绍

2.2.1 多核处理器结构

2.2.2 异构多核处理器

2.2.3 GPU相关知识

2.3 实时任务的分类

2.4 实时调度策略

2.5 算法性能评价指标

2.5.1 资源利用率上限(Utilisation Bounds)

2.5.2 近似比(Approximation Ration)

2.5.3 算法加速比(Speedup Factor)

2.5.4 程序执行时间

第3章 不可迁移实时任务分配算法设计与实现

3.1 装箱问题

3.1.1 装箱问题常用算法

3.1.2 First-fit算法的分析

3.1.3 First-fit的伪码实现

3.2 不可迁移实时任务的分配

3.2.1 分配算法中任务的分类

3.2.2 分配算法的伪码实现

3.2.3 算法的时间复杂度

第4章 可迁移实时任务分配算法的设计与实现

4.1 Bfair(boundary fair)算法

4.1.1 Bfair算法的基本思想

4.1.2 Bfair算法实现

4.1.3 Bfair算法的实例

4.1.4 Bfair算法小结

4.2 Bfair算法的改进

4.2.1 迁移任务可串行执行的验证

4.2.2 Bfair算法对非整数需求的改进

4.3 异构多资源下可迁移实时任务的分配

4.3.1 异构多资源的任务分配

4.3.2 算法的时间复杂度

第5章 实验结果与分析

5.1 改进后Bfair算法的实验结果分析

5.2 NoMigrat-Ass算法的改进

5.2.1 NoMigrate-4C算法

5.2.2 NoMigrate-Ass-NTC算法

5.2.3 NoMigrate-Ass-COMB算法

5.3 异构多核实时任务分配算法的实验结果分析

5.3.1 算法加速比的实验分析

5.3.2 算法执行时间的实验分析

第6章 结论与展望

6.1 结论

6.2 未来工作与展望

参考文献

致谢

科研项目和论文发表情况

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摘要

异构多核处理器中所集成的处理核心类型的多样性,促成了其对特殊应用(如信号处理、图像处理等)的良好支持,并使得在此基础上的实时调度问题成为了多核实时领域的主流研究方向之一。
  目前,基于异构多核处理器架构的多资源实时任务分配算法的研究尚处于起步阶段,已取得的成果也只是针对特定的情形,并不能通用于所有类型的任务集,鉴于目前硬件体系结构的飞速发展和异构多核架构在实际中广泛的应用需求,研究能够在多资源异构多核处理器架构下对任务进行有效分配的算法已是刻不容缓。结合合理的实时任务调度算法,对指定任务集进行分配并调度执行,这也是目前异构多核实时系统中亟需解决的问题。
  本文主要研究了异构多核处理器架构上的实时任务分配问题,根据任务是否可迁移的特点将实时任务分成两类,并针对这两类任务分别设计了异构多核处理器上的分配算法。首先,对于不能在处理器之间迁移执行的任务,本文对任务进行了进一步划分,通过对各类任务分别采用不同的策略,使算法获得了较好的算法加速比。对于可以在不同处理器之间进行迁移的任务,论文首先论证了任务在不同处理器之间迁移后的可串行性;然后对现有最优调度算法Bfair(Boundary Fair algorithm)进行了改进,使其支持任务对非整数资源的需求;同时以改进后的Bfair算法为基础设计了实时任务在不同类型处理器上的分配算法。最后,本文对提出的两种算法加以实现,然后以随机任务集为基础进行了实验,将实验结果与现有的异构处理器分配算法进行比较,验证了本文算法在算法加速比和执行时间方面均优于现有的分配算法。本文工作为异构多核处理器架构上的多资源实时任务分配问题提供了两种解决方案,为多核实时系统领域中任务分配问题的应用提供了两种算法基础。

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