多核實(shí)時(shí)系統(tǒng)資源預(yù)留映射與仿真研究.pdf

1、隨著實(shí)時(shí)系統(tǒng)越來越多的被應(yīng)用在多核處理器環(huán)境下，人們也越來越重視對多核處理器上實(shí)時(shí)任務(wù)調(diào)度問題的研究。當(dāng)前問題研究的重點(diǎn)是如何保證任務(wù)的可調(diào)度性、系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性、系統(tǒng)的效率以及如何節(jié)省處理器核資源和減少處理器能耗。本文將重點(diǎn)研究任務(wù)調(diào)度算法來提高系統(tǒng)的資源利用效率。
　　實(shí)時(shí)程序在多核處理器上以資源預(yù)留的方式運(yùn)行，可將其劃分為多個(gè)任務(wù)，并將各個(gè)任務(wù)部署到處理器核上。為了節(jié)省計(jì)算資源占用和減少處理器能耗，在部署時(shí)應(yīng)該使用盡量少的處理器

2、核。本文提出了使用裝箱問題(Bin Packing)建模多核處理器實(shí)時(shí)系統(tǒng)資源預(yù)留方法中任務(wù)部署問題。為了解決此問題，提出了基于隨機(jī)種群更換遺傳算法(I_GA)實(shí)現(xiàn)對基本算法(Genetic Algorithm，下面簡稱GA)的改進(jìn)和基于魚群入侵模式的魚群算法(I_AFSA)實(shí)現(xiàn)對魚群算法(Artificial Fish Swarm Algorithm，下面簡稱AFSA)的改進(jìn)。文章最后利用Matlab軟件實(shí)現(xiàn)了一個(gè)實(shí)時(shí)調(diào)度集成仿真平臺

3、。論文主要工作為：
　　(1)第一章主要介紹了實(shí)時(shí)系統(tǒng)的應(yīng)用背景，接著介紹了當(dāng)前實(shí)時(shí)系統(tǒng)的國內(nèi)外發(fā)展與研究現(xiàn)狀，最后對論文的主要內(nèi)容及其組織結(jié)構(gòu)安排進(jìn)行了歸納。
　　(2)第二章主要介紹了實(shí)時(shí)系統(tǒng)的相關(guān)理論知識，包括實(shí)時(shí)系統(tǒng)的相關(guān)知識、實(shí)時(shí)調(diào)度、實(shí)時(shí)系統(tǒng)模型等知識.
　　(3)第三章對多核實(shí)時(shí)系統(tǒng)中任務(wù)映射問題進(jìn)行了分析與研究。提出了使用一維裝箱問題建模多核處理器實(shí)時(shí)系統(tǒng)資源預(yù)留方法中任務(wù)部署問題。同時(shí)提出了任務(wù)調(diào)度的

4、模型以及對實(shí)時(shí)任務(wù)調(diào)度算法進(jìn)行了一些研究。
　　(4)第四章提出了基于隨機(jī)種群更換遺傳算法(I_GA)來解決多核實(shí)時(shí)系統(tǒng)任務(wù)調(diào)度問題。本章在遺傳算法(GA)的基礎(chǔ)上提出了基于隨機(jī)種群更換的優(yōu)化算子的改進(jìn)算法(I_GA)。然后從多個(gè)方面對比GA算法和I_GA算法的性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，I_GA算法在節(jié)省處理器核資源、提高算法性能和收斂速度等方面優(yōu)于GA算法，同時(shí)在一定程度上滿足了實(shí)時(shí)性的要求。
　　(5)第五章提出了基于魚群入侵

5、模式魚群算法(I_AFSA)來解決多核實(shí)時(shí)系統(tǒng)任務(wù)調(diào)度問題。本章在人工魚群算法(AFSA)的基礎(chǔ)上提出了基于魚群入侵模式魚群算法(I_AFSA)。然后從多個(gè)方面對比了AFSA算法和I_AFSA算法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，I_AFSA算法在節(jié)省處理器核資源、提高算法效率和收斂速度等方面優(yōu)于AFSA，同時(shí)在一定程度上滿足了實(shí)時(shí)性的要求。
　　(6)第六章設(shè)計(jì)了一個(gè)實(shí)時(shí)任務(wù)調(diào)度集成仿真平臺。該仿真平臺目前集成了GA算法、I_GA算法、AFSA算

6、法和I_AFSA算法。通過此集成仿真平臺，可以得到迭代次數(shù)與適應(yīng)值/優(yōu)化值的關(guān)系，還可以得到算法占用的處理器核數(shù)量和算法優(yōu)化所用的時(shí)間。
　　為了驗(yàn)證I_GA算法、I_AFSA算法的性能，本文在MATLAB R2012b軟件中從算法的效率、節(jié)省處理器資源以及初始參數(shù)的選擇對算法結(jié)果影響等角度對比了這兩種改進(jìn)的算法與未改進(jìn)算法。最后通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文提出I_GA算法、I_AFSA算法能夠有效解決此問題且使用更少的處理器核資源，并