面向代碼結(jié)構(gòu)的軟件模塊能耗評估方法.pdf

1、隨著信息產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，IT資源的規(guī)模不斷擴(kuò)大，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的耗電量劇增。該問題一方面導(dǎo)致運(yùn)營成本的增加，另一方面，能源生產(chǎn)過程中的碳排放給環(huán)境帶來了沉重的壓力。能耗研究已經(jīng)成為了學(xué)界的研究熱點(diǎn)，相關(guān)的研究領(lǐng)域主要集中在能耗的評估與優(yōu)化兩個方面，本文的研究重點(diǎn)為軟件模塊的能耗評估方法，以及能耗優(yōu)化的思路。
　　能耗研究可以從資源層、平臺層和應(yīng)用層三個層面展開。資源層為平臺層提供資源，平臺層為應(yīng)用層提供運(yùn)算和存儲服務(wù)，所以本質(zhì)上應(yīng)用層

2、是資源的最終消費(fèi)者。傳統(tǒng)的能耗研究往往集中在硬件和平臺層，本研究著眼于應(yīng)用層，在軟件層面評估并設(shè)計(jì)低能耗的程序或軟件設(shè)計(jì)方法，可以直接從最終消費(fèi)者層面降低能耗，是對現(xiàn)有能耗評估與優(yōu)化研究的有效補(bǔ)充。傳統(tǒng)的軟件領(lǐng)域的能耗研究分為機(jī)器指令、源碼算法和體系結(jié)構(gòu)三個層面，其中指令級研究和硬件、平臺相關(guān)性較強(qiáng)，雖然局部的評估準(zhǔn)確性較強(qiáng)，但粒度較細(xì)成本較高;源碼與算法級研究大多基于嵌入式系統(tǒng)，受限于專用性系統(tǒng)，通用性不強(qiáng);體系結(jié)構(gòu)級研究，從宏觀的系

3、統(tǒng)架構(gòu)角度出發(fā)，評估粒度較粗。
　　本研究的理論創(chuàng)新之處在于，以程序中具有特定功能的組件，即“模塊”為研究對象，從循環(huán)、分支、嵌套等程序的內(nèi)部與外部邏輯結(jié)構(gòu)，即“代碼結(jié)構(gòu)”的角度研究程序結(jié)構(gòu)和面向?qū)ο筌浖芎闹g的關(guān)系，提出基于代碼結(jié)構(gòu)的軟件模塊能耗評估方法與優(yōu)化思路。本文首先定義“虛擬代碼”，將其作為語句能耗的求解基礎(chǔ);其次，提出模塊的能耗評估模型，包括估計(jì)和評價(jià)模型兩部分，作為能耗評估的理論基礎(chǔ);再次，設(shè)計(jì)模塊的能耗估計(jì)與評價(jià)

4、方法，提出了能耗優(yōu)化思路;然后，設(shè)計(jì)了能耗評估原型系統(tǒng)ECProfiler;最后，在實(shí)驗(yàn)部分證明了評估方法的合理性和有效性，驗(yàn)證了能耗的優(yōu)化思路，展示了本研究的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
　　能耗已經(jīng)成為了軟件開發(fā)過程中的重要指標(biāo)，本研究提出的能耗評估方法有助于在程序設(shè)計(jì)階段對程序的能耗特征進(jìn)行評估與分析，盡早地發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的能耗問題，從而提高了開發(fā)效率、降低開發(fā)成本;同時研究潛在的經(jīng)濟(jì)與生態(tài)影響即為明顯，有助于節(jié)約成本，減少碳排放，實(shí)現(xiàn)環(huán)境保護(hù)