專利名稱：在調(diào)度問題中降低最大數(shù)據(jù)存儲的最大差值算法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種降低最大數(shù)據(jù)存儲的算法。特別是涉及一種用來降低系統(tǒng)最大數(shù)據(jù)存儲的軟硬件任務(wù)的在調(diào)度問題中降低最大數(shù)據(jù)存儲的最大差值算法。
背景技術(shù)：
在通信系統(tǒng)中，通信的存儲能力必定是有限的，在任務(wù)執(zhí)行的調(diào)度過程中存在數(shù)據(jù)存儲問題。而通信存儲能力的限制會對調(diào)度方案的可行性產(chǎn)生重大影響，這將導(dǎo)致傳統(tǒng)的割裂任務(wù)間的依賴關(guān)系以及硬件資源間的并發(fā)關(guān)系的調(diào)度算法將是不適用的。例如:圖1 (a)、圖1 (b)所示為對一個 9 結(jié)點(diǎn) DAG (Directed Acyclic Graph)圖的劃分及調(diào)度結(jié)果的甘特圖，其中圖1 (a)陰影區(qū)域表示通信數(shù)據(jù)的傳輸時間，圖1 (b)陰影區(qū)域表示通信數(shù)據(jù)的存在時間，陰影區(qū)域上面標(biāo)注的數(shù)字表示不同結(jié)點(diǎn)間任務(wù)傳輸?shù)慕Y(jié)點(diǎn)號。可見，在圖1 (a)中，由于通信的傳輸沒有“重疊”，所以從通信競爭的角度這種方案是可行的。而在圖1 (b)中，如果在AB、BC直到JK段，任何一段所需的通信存儲量超過了系統(tǒng)的通信存儲能力，都會使該方案變得不可行。甘特圖表示項目中完成每項活動所需要的時間的條形圖。目前，對于異構(gòu)環(huán)境下任務(wù)調(diào)度的研究往往是針對任務(wù)節(jié)點(diǎn)開展，忽視了任務(wù)之間的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)和優(yōu)先約束關(guān)系，即大多數(shù)針對任務(wù)的調(diào)度不能反映異構(gòu)環(huán)境下任務(wù)的實(shí)際特征。這割裂了任務(wù)間的存儲依賴關(guān)系以及硬件資源間的并發(fā)關(guān)系，由于存在通信存儲和通信時延問題，使得獲得很高加速的硬件任務(wù)會受限于低速任務(wù)的執(zhí)行，降低整個任務(wù)集合的執(zhí)行效率，即降低了軟硬件系統(tǒng)的執(zhí)行效率。因此，考慮任務(wù)之間的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)和優(yōu)先約束關(guān)系，降低通信存儲，增大硬件處理器的并行量，從而能大大提高調(diào)度效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種能夠降低系統(tǒng)任務(wù)通信數(shù)據(jù)的存儲時間開銷，提高調(diào)度效率，進(jìn)而提高系統(tǒng)執(zhí)行效率的在調(diào)度問題中降低最大數(shù)據(jù)存儲的最大差值算法。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種在調(diào)度問題中降低最大數(shù)據(jù)存儲的算法，包括如下步驟:I)系統(tǒng)任務(wù)已經(jīng)由智能優(yōu)化算法進(jìn)行軟硬件劃分，將劃分為由硬件執(zhí)行的結(jié)點(diǎn)任務(wù)集合記為H，由軟件執(zhí)行的結(jié)點(diǎn)任務(wù)集合記為S，同時，將當(dāng)前時刻記為CM，執(zhí)行任務(wù)的下一時刻記為NM，已經(jīng)完成的結(jié)點(diǎn)任務(wù)數(shù)記為Num ；2)將在當(dāng)前時刻即CM時刻能執(zhí)行的結(jié)點(diǎn)任務(wù)集合記為A，如果A不為空，且A中非空元素對應(yīng)的處理器有閑置的，計算出集合A中每一個結(jié)點(diǎn)任務(wù)對應(yīng)的r值；3)執(zhí)行最大r值對應(yīng)的結(jié)點(diǎn)任務(wù)t，如果該結(jié)點(diǎn)被劃分為硬件，則通過硬件執(zhí)行，如果該結(jié)點(diǎn)被劃分為軟件，則通過軟件執(zhí)行，選擇與r值對應(yīng)的結(jié)點(diǎn)任務(wù)完成的時間值和CM時刻值兩者中相對大的時間值，記為Va ；4)如果Va的值大于系統(tǒng)中下一個結(jié)點(diǎn)任務(wù)的執(zhí)行時間，則將匪賦值給CM，統(tǒng)計新的CM時刻能夠執(zhí)行的結(jié)點(diǎn)任務(wù)；如果Va的值小于下一結(jié)點(diǎn)任務(wù)的執(zhí)行時刻時，則滿足任務(wù)執(zhí)行的條件；5)找出所有的父結(jié)點(diǎn)任務(wù)都已執(zhí)行完畢的結(jié)點(diǎn)，將它們的集合作為新的在CM時刻進(jìn)行任務(wù)調(diào)度的任務(wù)集A，跳轉(zhuǎn)到步驟2 ；6 )直到結(jié)點(diǎn)任務(wù)全部完成，循環(huán)結(jié)束。步驟2)中所述的r值表示當(dāng)前結(jié)點(diǎn)的所有子結(jié)點(diǎn)數(shù)與所有父結(jié)點(diǎn)數(shù)的差值。步驟2)如果A不為空，且A中非空元素對應(yīng)的處理器沒有閑置的，則計算出集合A中每一個結(jié)點(diǎn)任務(wù)對應(yīng)的r值,所述的r值表示當(dāng)前結(jié)點(diǎn)的所有子結(jié)點(diǎn)數(shù)與所有父結(jié)點(diǎn)數(shù)的差值。步驟2)中如果A為空，表示任務(wù)完成，跳出循環(huán)。步驟4)中還包括同時將集合A中的結(jié)點(diǎn)任務(wù)t去除，Num加I,更新集合A,將該結(jié)點(diǎn)任務(wù)對應(yīng)的處理器標(biāo)記為閑置處理器。本發(fā)明的在調(diào)度問題中降低最大數(shù)據(jù)存儲的最大差值算法，將提高數(shù)據(jù)存儲器的最大存儲容量要求，通過MDF算法，能充分發(fā)揮硬件處理器任務(wù)可以同時執(zhí)行的優(yōu)點(diǎn)，硬件處理器執(zhí)行任務(wù)的并行量增大后，能夠有效的降低系統(tǒng)任務(wù)通信數(shù)據(jù)的存儲時間開銷，提聞?wù){(diào)度效率，進(jìn)而提聞系統(tǒng)的執(zhí)行效率。


圖1 (a)是9結(jié)點(diǎn)DAG圖的劃分及調(diào)度結(jié)果圖，圖中陰影區(qū)域表示通信數(shù)據(jù)的傳輸時間；圖1 (b)是9結(jié)點(diǎn)DAG圖的劃分及調(diào)度結(jié)果圖，圖中陰影區(qū)域表示通信數(shù)據(jù)的存在時間；圖2是DAG圖所對應(yīng)的軟硬件劃分模型圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對本發(fā)明的在調(diào)度問題中降低最大數(shù)據(jù)存儲的最大差值算法做出詳細(xì)說明。本發(fā)明中所述的最大差值算法，即MDF (Maximum D-value First)算法。本發(fā)明是建立在系統(tǒng)任務(wù)已經(jīng)通過智能優(yōu)化算法完成軟硬件任務(wù)劃分的基礎(chǔ)上，其目的用來降低系統(tǒng)任務(wù)通信數(shù)據(jù)的存儲時間開銷，提高調(diào)度效率，進(jìn)而提高系統(tǒng)的執(zhí)行效率。本發(fā)明的在調(diào)度問題中降低最大數(shù)據(jù)存儲的最大差值算法，包括如下步驟:I)系統(tǒng)任務(wù)已經(jīng)由智能優(yōu)化算法進(jìn)行軟硬件劃分，將劃分為由硬件執(zhí)行的結(jié)點(diǎn)任務(wù)集合記為H，由軟件執(zhí)行的結(jié)點(diǎn)任務(wù)集合記為S，同時，將當(dāng)前時刻記為CM，執(zhí)行任務(wù)的下一時刻記為NM，已經(jīng)完成的結(jié)點(diǎn)任務(wù)數(shù)記為Num ；2)將在當(dāng)前時刻即CM時刻能執(zhí)行的結(jié)點(diǎn)任務(wù)集合記為A，如果A不為空，且A中非空元素對應(yīng)的處理器有閑置的，則計算出集合A中每一個結(jié)點(diǎn)任務(wù)對應(yīng)的r值，所述的r值表示當(dāng)前結(jié)點(diǎn)的所有子結(jié)點(diǎn)數(shù)與所有父結(jié)點(diǎn)數(shù)的差值；如果A不為空，且A中非空元素對應(yīng)的處理器沒有閑置的，則計算出集合A中每一個結(jié)點(diǎn)任務(wù)對應(yīng)的r值，所述的r值表示當(dāng)前結(jié)點(diǎn)的所有子結(jié)點(diǎn)數(shù)與所有父結(jié)點(diǎn)數(shù)的差值；如果A為空則表示任務(wù)完成，跳出循環(huán)；3)執(zhí)行最大r值對應(yīng)的結(jié)點(diǎn)任務(wù)t，如果該結(jié)點(diǎn)被劃分為硬件，則通過硬件執(zhí)行，如果該結(jié)點(diǎn)被劃分為軟件，則通過軟件執(zhí)行，選擇與r值對應(yīng)的結(jié)點(diǎn)任務(wù)完成的時間值和CM時刻值兩者中相對大的時間值，記為Va ；4)如果Va的值大于系統(tǒng)中下一個結(jié)點(diǎn)任務(wù)的執(zhí)行時間，則將匪賦值給CM，統(tǒng)計新的CM時刻能夠執(zhí)行的結(jié)點(diǎn)任務(wù)；如果Va的值小于下一結(jié)點(diǎn)任務(wù)的執(zhí)行時刻時，則滿足任務(wù)執(zhí)行的條件，同時將集合A中的結(jié)點(diǎn)任務(wù)t去除，Num加I，更新集合A，將該結(jié)點(diǎn)任務(wù)對應(yīng)的處理器標(biāo)記為閑置處理器；5)找出所有的父結(jié)點(diǎn)任務(wù)都已執(zhí)行完畢的結(jié)點(diǎn)，將它們的集合作為新的在CM時刻可以進(jìn)行任務(wù)調(diào)度的任務(wù)集A，跳轉(zhuǎn)到步驟2 ； 6 )直到結(jié)點(diǎn)任務(wù)全部完成，循環(huán) 結(jié)束。本發(fā)明的在調(diào)度問題中降低最大數(shù)據(jù)存儲的最大差值算法，通過計算r值的方法，r值越大表明該任務(wù)占用的硬件資源就越多，因此，先完成那些占用硬件資源較多的可以執(zhí)行的任務(wù)結(jié)點(diǎn)，從而在已經(jīng)進(jìn)行軟硬件劃分的基礎(chǔ)上增大硬件處理器的任務(wù)執(zhí)行的并行量。由于在DAG圖中每一個結(jié)點(diǎn)任務(wù)執(zhí)行完之后都要產(chǎn)生新的數(shù)據(jù)，當(dāng)下一個需要執(zhí)行的任務(wù)子結(jié)點(diǎn)的所有父結(jié)點(diǎn)的任務(wù)未執(zhí)行完畢時，已經(jīng)執(zhí)行完的任務(wù)結(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)備存儲，這樣一定會增大該結(jié)點(diǎn)任務(wù)執(zhí)行前的數(shù)據(jù)存儲，這將提高數(shù)據(jù)存儲器的最大存儲容量要求，通過MDF算法，能充分發(fā)揮硬件處理器任務(wù)可以同時執(zhí)行的優(yōu)點(diǎn)，硬件處理器執(zhí)行任務(wù)的并行量增大后，系統(tǒng)任務(wù)完成前的任意時刻的最大數(shù)據(jù)存儲量將明顯降低，提高調(diào)度效率。下成以圖2給出的DAG圖所對應(yīng)的軟硬件劃分模型為例子進(jìn)行實(shí)例分析。根據(jù)智能優(yōu)化算法對系統(tǒng)任務(wù)進(jìn)行軟硬件劃分，劃分的結(jié)果如圖2所示。圖中:圓形表示用硬件實(shí)現(xiàn)，方框表示用軟件實(shí)現(xiàn)。方框中的數(shù)據(jù)SO表示執(zhí)行當(dāng)前結(jié)點(diǎn)任務(wù)的軟件耗時，圓形中的數(shù)據(jù)HO表示執(zhí)行當(dāng)前結(jié)點(diǎn)任務(wù)的硬件耗時，AO表示該結(jié)點(diǎn)任務(wù)的硬件面積約束，方框和圓形之間的連線表示依賴關(guān)系，線上面的數(shù)據(jù)表示通信時延時長。智能優(yōu)化算法是在現(xiàn)代最優(yōu)化問題的現(xiàn)實(shí)情況與基于分析學(xué)的傳統(tǒng)優(yōu)化方法的理論無法相適應(yīng)的矛盾中產(chǎn)生的。智能優(yōu)化算法，是人類根據(jù)自然界或生物界的原理，模仿其規(guī)律所設(shè)計的算法。本發(fā)明中給出的具體事例實(shí)施步驟如下:1、劃分后軟件執(zhí)行的結(jié)點(diǎn)任務(wù)集合S= {結(jié)點(diǎn)0，結(jié)點(diǎn)2，結(jié)點(diǎn)4，結(jié)點(diǎn)6，結(jié)點(diǎn)8}，劃分為硬件執(zhí)行的結(jié)點(diǎn)任務(wù)集合H={結(jié)點(diǎn)1，結(jié)點(diǎn)3，結(jié)點(diǎn)5，結(jié)點(diǎn)7，結(jié)點(diǎn)9}，同時將當(dāng)前時刻CM記為時刻O,已經(jīng)完成的任務(wù)結(jié)點(diǎn)數(shù)Num記為O ;2、根據(jù)當(dāng)前時刻和系統(tǒng)參數(shù)計算出可以執(zhí)行下一任務(wù)的時刻，記為NM=^在CM時刻能執(zhí)行的任務(wù)結(jié)點(diǎn)集合A= {結(jié)點(diǎn)0}，A不為空，且A中元素結(jié)點(diǎn)I對應(yīng)的軟件閑置，結(jié)點(diǎn)I的子結(jié)點(diǎn)數(shù)是I，父結(jié)點(diǎn)數(shù)為0，故對應(yīng)的r值為I ;3、通過軟件執(zhí)行結(jié)點(diǎn)O對應(yīng)的系統(tǒng)任務(wù)，將結(jié)點(diǎn)I任務(wù)完成的時間記為ti=412.4410+61.9861=474.4271 (ms)，選擇 tQ 和 & 中較大的那個值，不妨設(shè) L 較大，則令Va=L ；
4.根據(jù)當(dāng)前時刻和此時的系統(tǒng)參數(shù)計算出可以執(zhí)行下一任務(wù)的時刻，記為NM=^，不妨設(shè)^大于系統(tǒng)中下一結(jié)點(diǎn)任務(wù)的執(zhí)行時間完時的時間W208.4120=682.8391(ms)時，則將NM賦值給CM，統(tǒng)計新的CM時刻后執(zhí)行的任務(wù)結(jié)點(diǎn)集合A，此時軟件處理器閑置，記錄執(zhí)行結(jié)點(diǎn)數(shù)目的Num值加一記為I ;5、找出所有父結(jié)點(diǎn)任務(wù)都執(zhí)行完畢的結(jié)點(diǎn)，其集合A= {結(jié)點(diǎn)1}，跳轉(zhuǎn)步驟2 ；6、直到所有的結(jié)點(diǎn)任務(wù)全部完成為止。按照本發(fā)明的DMF算法，結(jié)點(diǎn)任務(wù)進(jìn)行調(diào)度的順序?yàn)榻Y(jié)點(diǎn)O、1、3、4、7、2、8、5、9、6。通過與該DAG圖對應(yīng)的甘特圖即圖1 (b)可以看出，在系統(tǒng)任務(wù)完成的過程中，所有結(jié)點(diǎn)完成任務(wù)前所需的最大數(shù)據(jù)存儲量是結(jié)點(diǎn)8執(zhí)行任務(wù)前的信息存儲，為四個結(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息量，MDF算法通過利用硬件處理器的并行執(zhí)行，減少了結(jié)點(diǎn)信息的存儲時長。通過下面的實(shí)驗(yàn)可以表明本發(fā)明在調(diào)度問題中降低最大數(shù)據(jù)存儲的有效性。實(shí)驗(yàn)環(huán)境:電腦型號:thinkpadsl410,處理器:Intel (R) Core (TM) 2Duo CPUT6670i2.20GHZ,內(nèi)存:2GB，顯卡:ATI Mobility Radeon HD4500Series,操作系統(tǒng)版本:WIN7Ultimate Edition,編譯軟件版本！Microsoft Visual C++6.0。測試DAG圖參數(shù)設(shè)置如表I所示:表I參數(shù)設(shè)置
權(quán)利要求
1.一種在調(diào)度問題中降低最大數(shù)據(jù)存儲的算法，其特征在于，包括如下步驟: 1)系統(tǒng)任務(wù)已經(jīng)由智能優(yōu)化算法進(jìn)行軟硬件劃分，將劃分為由硬件執(zhí)行的結(jié)點(diǎn)任務(wù)集合記為H，由軟件執(zhí)行的結(jié)點(diǎn)任務(wù)集合記為S，同時，將當(dāng)前時刻記為CM，執(zhí)行任務(wù)的下一時刻記為NM,已經(jīng)完成的結(jié)點(diǎn)任務(wù)數(shù)記為Num ； 2)將在當(dāng)前時刻即CM時刻能執(zhí)行的結(jié)點(diǎn)任務(wù)集合記為A，如果A不為空，且A中非空元素對應(yīng)的處理器有閑置的，計算出集合A中每一個結(jié)點(diǎn)任務(wù)對應(yīng)的r值； 3)執(zhí)行最大r值對應(yīng)的結(jié)點(diǎn)任務(wù)t，如果該結(jié)點(diǎn)被劃分為硬件，則通過硬件執(zhí)行，如果該結(jié)點(diǎn)被劃分為軟件，則通過軟件執(zhí)行，選擇與r值對應(yīng)的結(jié)點(diǎn)任務(wù)完成的時間值和CM時刻值兩者中相對大的時間值，記為Va ； 4)如果Va的值大于系統(tǒng)中下一個結(jié)點(diǎn)任務(wù)的執(zhí)行時間，則將NM賦值給CM，統(tǒng)計新的CM時刻能夠執(zhí)行的結(jié)點(diǎn)任務(wù)；如果Va的值小于下一結(jié)點(diǎn)任務(wù)的執(zhí)行時刻時，則滿足任務(wù)執(zhí)行的條件； 5)找出所有的父結(jié)點(diǎn)任務(wù)都已執(zhí)行完畢的結(jié)點(diǎn)，將它們的集合作為新的在CM時刻進(jìn)行任務(wù)調(diào)度的任務(wù)集A，跳轉(zhuǎn)到步驟2 ； 6)直到結(jié)點(diǎn)任務(wù)全部完成，循環(huán)結(jié)束。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在調(diào)度問題中降低最大數(shù)據(jù)存儲的算法，其特征在于，步驟2)中所述的！■值表示當(dāng)前結(jié)點(diǎn)的所有子結(jié)點(diǎn)數(shù)與所有父結(jié)點(diǎn)數(shù)的差值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所 述的在調(diào)度問題中降低最大數(shù)據(jù)存儲的算法，其特征在于，步驟2)如果A不為空，且A中非空元素對應(yīng)的處理器沒有閑置的，則計算出集合A中每一個結(jié)點(diǎn)任務(wù)對應(yīng)的r值，所述的r值表示當(dāng)前結(jié)點(diǎn)的所有子結(jié)點(diǎn)數(shù)與所有父結(jié)點(diǎn)數(shù)的差值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在調(diào)度問題中降低最大數(shù)據(jù)存儲的算法，其特征在于，步驟2 )中如果A為空，表示任務(wù)完成，跳出循環(huán)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在調(diào)度問題中降低最大數(shù)據(jù)存儲的算法，其特征在于，步驟4)中還包括同時將集合A中的結(jié)點(diǎn)任務(wù)t去除，Num加I，更新集合A，將該結(jié)點(diǎn)任務(wù)對應(yīng)的處理器標(biāo)記為閑置處理器。
全文摘要
一種在調(diào)度問題中降低最大數(shù)據(jù)存儲的算法通過計算r值的方法，r值越大表明該任務(wù)占用的硬件資源就越多，因此，先完成那些占用硬件資源較多的可以執(zhí)行的任務(wù)結(jié)點(diǎn)，從而在已經(jīng)進(jìn)行軟硬件劃分的基礎(chǔ)上增大硬件處理器的任務(wù)執(zhí)行的并行量。由于在DAG圖中每一個結(jié)點(diǎn)任務(wù)執(zhí)行完之后都要產(chǎn)生新的數(shù)據(jù)，當(dāng)下一個需要執(zhí)行的任務(wù)子結(jié)點(diǎn)的所有父結(jié)點(diǎn)的任務(wù)未執(zhí)行完畢時，已經(jīng)執(zhí)行完的任務(wù)結(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)被存儲，這樣一定會增大該結(jié)點(diǎn)任務(wù)執(zhí)行前的數(shù)據(jù)存儲，這將提高數(shù)據(jù)存儲器的最大存儲容量要求，通過MDF算法，能充分發(fā)揮硬件處理器任務(wù)可以同時執(zhí)行的優(yōu)點(diǎn)，硬件處理器執(zhí)行任務(wù)的并行量增大后，系統(tǒng)任務(wù)完成前的任意時刻的最大數(shù)據(jù)存儲量將明顯降低，提高調(diào)度效率。
文檔編號G06F9/48GK103164275SQ201310069308
公開日2013年6月19日 申請日期2013年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月5日
發(fā)明者張濤, 韓宏業(yè), 全浩軍, 蔡曉 申請人:天津大學(xué)