面向多媒体周期性任务的低能耗循环调度方法研究

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近年来,短视频的流行使得以音视频为主的多媒体应用程序被广泛使用,对多媒体数据处理的实时性能逐步增加。由于网络直播、远程监控等具有“流”特征的实时多媒体应用的实时性要求相对不高,在调度领域将这类应用划分为软实时应用,传统的实时调度算法并不能很好的处理大量具有周期性特点的软实时应用任务。与此同时,随着高性能计算平台的兴起和发展,其高能耗问题使得计算机对低功耗计算的需求明显提升,低功耗计算必须要充分考虑任务执行时的能耗,低能耗调度算法逐渐成为调度领域的研究热点。本文提出一种针对多媒体周期任务的低能耗循环调度方法,能提高任务调度的实时性能,并降低调度过程中的能耗。该调度方法采用缓存机制,将周期性任务进行集中处理,减少任务切换和中断挂起的次数,从宏观上减少了任务调度过程中的额外开销;结合多媒体任务的周期性和“流”式特点,采用循环调度机制,减少任务在调度过程中重复计算,节约处理器的计算资源;在缓存期中确定任务的调度顺序,在超周期中按照调度顺序对任务进行调度,并使用动态调频/动态调压等节能方法降低处理器在任务调度过程中的能耗。该方法基于流水线思想,将缓存机制和循环调度机制进行结合,来提高任务调度的实时性能。以该调度思想为基础,本文分别为单处理和同构多核处理器设计了相应的多媒体周期性任务调度算法。本文分别在单处理器平台和多核处理器平台上对多媒体周期任务的低能耗循环调度算法性能进行测试。在单核处理器上,通过建立相应的多媒体周期任务模型和能耗模型,对调度算法进行详细介绍,并通过仿真实验验证调度算法在单核处理器上调度不同利用率任务集的延缓、抖动以及算法能耗等性能。在同构多核处理器平台上增加了负载均衡的任务集分配算法,并将单处理器上的调度算法应用于多核处理器内核调度当中,通过仿真实验对调度算法在同构多核处理器上的性能进行测试。实验证明,该调度方法能有效提高大量多媒体周期性任务的实时性能,降低系统调度多媒体周期性任务的能耗,并能够较好地满足多媒体任务的应用场景需求。
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