基于任務行為分析的功耗優(yōu)化機制.pdf

1、伴隨著多核體系結構的出現(xiàn)和芯片工作頻率的提升，功耗問題也越來越為人們所關注，待機時間甚至成為智能手機的重要標準。在自頂向下的各級功耗優(yōu)化中，系統(tǒng)級功耗優(yōu)化具有可控面廣、設計周期短、對系統(tǒng)影響低的優(yōu)點，因此本文將其作為研究的重點。以往的系統(tǒng)級功耗優(yōu)化方案中鮮有關注引起負載變化的根本因素一系統(tǒng)中運行的任務，缺乏對系統(tǒng)負載的有效預測也成為傳統(tǒng)功耗優(yōu)化技術效率的瓶頸。本文從系統(tǒng)運行中的任務行為入手，分析任務的行為與系統(tǒng)功耗之間的關聯(lián)性，從中提取

2、出可以預測任務下一階段負載的關鍵信息，并結合已有功耗優(yōu)化技術和硬件狀態(tài)控制手段實現(xiàn)功耗優(yōu)化。
　　 本文在前人工作基礎上，充分調(diào)研當前已有的低功耗管理技術，包括動態(tài)電壓頻率調(diào)整(DVFS)，內(nèi)存局部狀態(tài)調(diào)整(PASR)，動態(tài)功耗管理(DPM)，低功耗編譯技術等等，并對操作系統(tǒng)中具體如何運用這些功耗優(yōu)化技術進行調(diào)研，分析了其實現(xiàn)機制中存在的不足，最后提出并實現(xiàn)了一種基于任務行為分析的功耗優(yōu)化機制。
　　 本文的工作開展過程

3、中，首先對國內(nèi)外已有的任務行為分析方法和功耗優(yōu)化技術進行了相關調(diào)研，并深入內(nèi)核分析了當前功耗優(yōu)化機制的不足，然后對任務行為與系統(tǒng)功耗之間的關聯(lián)性進行了相關討論，并通過驗證性實驗證明了任務的行為特征中確實存在與功耗相關的信息;進而提出對任務行為進行完整刻畫的方式并構建任務行為特征庫的方法;最后綜合已有操作系統(tǒng)級功耗優(yōu)化技術和特征庫信息指導硬件狀態(tài)調(diào)整以實現(xiàn)功耗優(yōu)化。
　　 本文開展的研究工作包括:
　　 1.調(diào)研國內(nèi)外關于

4、功耗優(yōu)化問題的研究成果和現(xiàn)狀，對linux內(nèi)核中的功耗優(yōu)化實現(xiàn)機制進行分析并指出其中有待改進的部分。
　　 2.調(diào)研當前任務行為分析的主要方法，對任務行為與功耗優(yōu)化的關聯(lián)性進行了分析。進一步介紹本文提出基于任務行為的功耗優(yōu)化機制的動機，并通過驗證性實驗證明了該方法的可行性。
　　 3.分別對任務的處理器行為和I/O行為進行分析，進而運用多種方法從中提取出指導功耗優(yōu)化的關鍵信息，并構建任務行為特征庫。
　　 4.將

5、任務行為特征庫運用到動態(tài)電壓縮放和動態(tài)功耗管理等操作系統(tǒng)級功耗優(yōu)化技術中，并通過實驗數(shù)據(jù)驗證方法的正確性。
　　 5.在最新的異構處理器架構中運用任務特征庫信息指導任務的核間遷移。與以往工作相比，本文的新貢獻如下:
　　 1.將馬爾科夫鏈、統(tǒng)計學、機器學習、相似性度量等方法運用到任務行為分析中，設計并實現(xiàn)了任務關鍵信息提取的多種方案。
　　 2.將任務行為分析運用到功耗優(yōu)化中，設計并實現(xiàn)了基于任務行為特征庫的完整