通用异构计算系统下资源可重构及任务调度研究

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在这个信息技术快速发展的时代,传统以中央处理单元为核心的计算系统在当前海量数据局面下显得举步维艰。随着多种编码方式以及通信体制的出现,急需一种融合当前多种计算资源类型的新型计算系统来满足多领域日益增长的计算需求。通用异构计算系统包含丰富的计算处理资源,十分契合当前对于新型计算系统的要求。本文立足于通用异构计算系统项目,针对如何提高系统资源的利用率以及系统的调度效率的问题,总结当前资源可重构问题,阐述任务调度相关理论。在此基础上,开展通用异构计算系统下资源可重构及任务调度问题的研究。为实现资源可重构,首先从开放式、模块化角度出发,将通用异构计算系统的软硬件进行解耦,搭建一个层次化的软硬件体系架构。接着基于系统架构,设计一种组件化软件资源重构方案,制定组件规范,明确组件模型与组件重构方式,构造组件化计算处理流程。为解决系统软件资源重构会导致的系统硬件资源功能动态变化的问题,以FPGA计算资源为例,设计三种不同的FPGA可重构方案,分析方案具体实现流程,并设计相关实验验证三种可重构方案的正确性与可行性,实验结果表明,三种可重构方案均可成功执行。提升系统计算效率需设计一个性能良好的任务调度算法。在明确系统资源可重构方案后,本文提出一种带有受限任务的多级任务调度算法。在通用异构计算系统中,不同的计算处理流程会导致系统计算资源的功能重构,而传统表调度算法并未考虑功能重构所产生的时间消耗。为尽量避免额外的配置时间消耗,本文给出受限任务这一概念,受限任务即任务与计算节点之间存在一定的依赖关系,会直接影响任务的计算节点选择。将受限任务作为约束加入计算节点选择阶段,制定新的计算节点匹配原则。同时,对任务优先级的计算方式进行改进,获得更加合理的任务调度队列。最后设计多组对比实验,从多个角度对本文算法与其他调度算法进行对比及分析。实验结果表明,在通用异构计算系统场景下,本文所提算法具有较短的任务调度完成时间与相对调度长度,任务调度效率出色,且具有较高的实际使用价值。
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