專利名稱：在異構(gòu)資源系統(tǒng)上避免死鎖的快速任務(wù)分配方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種異構(gòu)機(jī)群上大規(guī)模任務(wù)分配，具體涉及到一種在異構(gòu)資源系統(tǒng)上避免死鎖的快速任務(wù)分配方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代高性能的科學(xué)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與普遍的商用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)幾乎都基于異構(gòu)機(jī)群的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。在異構(gòu)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，同種類型的處理器互連形成一個(gè)機(jī)群，不同機(jī)群間通過(guò)異構(gòu)的通信鏈路相連。異構(gòu)機(jī)群能提供非常高的計(jì)算效率，而以巨大的開(kāi)銷作為代價(jià)。在異構(gòu)資源系統(tǒng)中，大規(guī)模任務(wù)是在各種類別的異構(gòu)資源上完成的，要協(xié)同大量不同類別的異構(gòu)資源共同完成一項(xiàng)大規(guī)模任務(wù)。圖1所示為異構(gòu)資源系統(tǒng)模型示意圖，矩形代表異構(gòu)資源種類，圓圈代表異構(gòu)資源，矩形間的通道代表通信鏈路。不同種類異構(gòu)資源Cl1, Cl2, Cl3中的異構(gòu)資源有不同的性能與能耗，異構(gòu)資源種類Cl。Cl2, Cl3之間通信鏈路上傳輸數(shù)據(jù)的通信時(shí)間與能耗也各不同。因此，把大規(guī)模任務(wù)有效地分配到各種異構(gòu)資源上，使得在滿足時(shí)間約束的前提下減少系統(tǒng)總開(kāi)銷是異構(gòu)資源研究領(lǐng)域的重要挑戰(zhàn)。而在異構(gòu)資源系統(tǒng)中大規(guī)模任務(wù)分配除了需要考慮任務(wù)的執(zhí)行時(shí)間和開(kāi)銷以外，也需要考慮傳輸?shù)臅r(shí)間和開(kāi)銷。在異構(gòu)資源系統(tǒng)中，大規(guī)模的任務(wù)分配是NP難問(wèn)題，解決方案的搜索空間巨大，急需研究在短時(shí)間尋找最優(yōu)或近似最優(yōu)解的高效解決方案?，F(xiàn)有一些技術(shù)用于解決任務(wù)開(kāi)銷的最小化問(wèn)題，但他們沒(méi)有考慮任務(wù)先后的依賴關(guān)系、任務(wù)間的通信依賴關(guān)系，以及本地調(diào)度避免死鎖的安全性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題就是提供一種在異構(gòu)資源系統(tǒng)上避免死鎖的快速任務(wù)分配方法，它具有任務(wù)先后的依賴關(guān)系、任務(wù)間的通信依賴關(guān)系和避免死鎖，并能實(shí)現(xiàn)異構(gòu)資源系統(tǒng)的總開(kāi)銷最小化。本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是通過(guò)這樣的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，它包括以下步驟:步驟1、將一個(gè)具體應(yīng)用使用任務(wù)數(shù)據(jù)流圖的表示，利用任務(wù)數(shù)據(jù)流圖的鄰接矩陣幾何運(yùn)算新矩陣，該新矩陣用于表示節(jié)點(diǎn)間的最長(zhǎng)路徑的長(zhǎng)度是否大于或等于2 ；步驟2、依據(jù)新矩陣選擇節(jié)點(diǎn)間最長(zhǎng)路徑長(zhǎng)度小于2、通信數(shù)據(jù)量最大的節(jié)點(diǎn)對(duì)，把節(jié)點(diǎn)對(duì)合并成節(jié)點(diǎn)簇；更新該新矩陣，重復(fù)上述節(jié)點(diǎn)合并的過(guò)程，減小任務(wù)數(shù)據(jù)流圖的規(guī)模到指定目標(biāo)；步驟3、利用整數(shù)線性規(guī)劃方程集，分配該任務(wù)數(shù)據(jù)流圖到異構(gòu)資源集合上。由于本發(fā)明依據(jù)任務(wù)數(shù)據(jù)流圖來(lái)實(shí)施任務(wù)分配，完全具備了任務(wù)先后執(zhí)行的依賴關(guān)系、任務(wù)間的通信依賴關(guān)系；由于本發(fā)明減小任務(wù)數(shù)據(jù)流圖的規(guī)模，能有效提高任務(wù)分配的效率；在減小任務(wù)數(shù)據(jù)流圖的規(guī)模的過(guò)程中，選擇節(jié)點(diǎn)間最長(zhǎng)路徑長(zhǎng)度小于2的節(jié)點(diǎn)對(duì)進(jìn)行合并，避免了環(huán)路產(chǎn)生，保證了本地調(diào)度過(guò)程中不會(huì)發(fā)生死鎖；本發(fā)明利用整數(shù)線性規(guī)劃方程集，總能找到任務(wù)節(jié)點(diǎn)分配到異構(gòu)資源的最優(yōu)解。所以本發(fā)明具有如下的優(yōu)點(diǎn):具有任務(wù)執(zhí)行先后的依賴關(guān)系、任務(wù)間的通信依賴關(guān)系和避免死鎖的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了異構(gòu)資源系統(tǒng)的總開(kāi)銷最小化。


本發(fā)明的

如下:圖1為異構(gòu)資源系統(tǒng)模型示意圖；圖2為一個(gè)大規(guī)模應(yīng)用的任務(wù)數(shù)據(jù)流圖；圖3為本發(fā)明的減小任務(wù)數(shù)據(jù)流圖規(guī)模的流程圖；圖4為本發(fā)明的減小任務(wù)數(shù)據(jù)流圖規(guī)模的過(guò)程示例圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的構(gòu)想是:將任務(wù) 數(shù)據(jù)流圖的節(jié)點(diǎn)合并成節(jié)點(diǎn)簇。但是如果由節(jié)點(diǎn)簇組成的新的任務(wù)數(shù)據(jù)流圖有環(huán)路，則可能會(huì)在任務(wù)調(diào)度過(guò)程中產(chǎn)生死鎖。在有向無(wú)環(huán)的任務(wù)數(shù)據(jù)流圖中，把兩個(gè)節(jié)點(diǎn)合并成一個(gè)節(jié)點(diǎn)簇后產(chǎn)生環(huán)路的必要條件是一上述兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間存在大于等于2的路徑。而對(duì)鄰接矩陣進(jìn)行幾何運(yùn)算后可得到一個(gè)新矩陣，通過(guò)該新矩陣中的矩陣元素可以確定節(jié)點(diǎn)間是否存在一定長(zhǎng)度的路徑。對(duì)此，我們給出了一系列的定義、理論，并進(jìn)行了數(shù)學(xué)證明。把一個(gè)應(yīng)用任務(wù)使用任務(wù)數(shù)據(jù)流圖表示已是現(xiàn)有的技術(shù)手段，參考文獻(xiàn)有:ShaoZL,Zhuge QF, Xue C，Sha HM.異構(gòu)dsp系統(tǒng)上的高效分配與調(diào)度研究[J].IEEE并行與分布式系統(tǒng)匯刊，第 16 期，第 6 卷，516 至 525 頁(yè)(Shao ZL, Zhuge QF, Xue C，Sha HM，Efficientassignment and scheduling for heterogeneous dsp systems[J].1EEE Transactions onParallel and Distributed Systems, 2005, 16 (6):516 - 525.)。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明:本發(fā)明的在異構(gòu)資源系統(tǒng)上避免死鎖的快速任務(wù)分配方法，包括以下步驟:步驟1、將一個(gè)具體應(yīng)用使用任務(wù)數(shù)據(jù)流圖表示，利用任務(wù)數(shù)據(jù)流圖的鄰接矩陣幾何運(yùn)算獲得新矩陣，該新矩陣用于表示節(jié)點(diǎn)間的最長(zhǎng)路徑的長(zhǎng)度是否大于或等于2 ；步驟2、依據(jù)新矩陣選擇節(jié)點(diǎn)間最長(zhǎng)路徑長(zhǎng)度小于2、通信數(shù)據(jù)量最大的節(jié)點(diǎn)對(duì)，把節(jié)點(diǎn)對(duì)合并成節(jié)點(diǎn)簇；更新該新矩陣，重復(fù)上述節(jié)點(diǎn)合并的過(guò)程，減小任務(wù)數(shù)據(jù)流圖的規(guī)模到指定目標(biāo)；步驟3、利用整數(shù)線性規(guī)劃方程集，分配該任務(wù)數(shù)據(jù)流圖到異構(gòu)資源集合上。數(shù)學(xué)定義異構(gòu)資源系統(tǒng)為Clus=〈CL，CT, CC>，其中異構(gòu)資源的種類數(shù)為| CL |，總的異構(gòu)資源集合的數(shù)學(xué)定義為CL = Icl1, Cl2,Cl |α| }，異構(gòu)資源集合間單位通信時(shí)間的集合為CT — j ct j I 5 ctci j ”..，ct j j ，ctcj i
(C/1，c/l， ct1->cl2Cl\CL\^CI\CL\-l cl\CL\ ^CI\CL\ )，單位通信能耗的集合為
權(quán)利要求
1.在異構(gòu)資源系統(tǒng)上避免死鎖的快速任務(wù)分配方法，其特征是，包括以下步驟: 步驟1、將一個(gè)具體應(yīng)用使用任務(wù)數(shù)據(jù)流圖的表示，利用任務(wù)數(shù)據(jù)流圖的鄰接矩陣幾何運(yùn)算獲得新矩陣，該新矩陣用于表示節(jié)點(diǎn)間的最長(zhǎng)路徑的長(zhǎng)度是否大于或等于2 ； 步驟2、依據(jù)新矩陣選擇節(jié)點(diǎn)間最長(zhǎng)路徑長(zhǎng)度小于2、通信數(shù)據(jù)量最大的節(jié)點(diǎn)對(duì)，把節(jié)點(diǎn)對(duì)合并成節(jié)點(diǎn)簇；更新該新矩陣，重復(fù)上述節(jié)點(diǎn)合并的過(guò)程，減小任務(wù)數(shù)據(jù)流圖的規(guī)模到指定目標(biāo)； 步驟3、利用整數(shù)線性規(guī)劃方程集，分配該任務(wù)數(shù)據(jù)流圖到異構(gòu)資源集合上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是:所述異構(gòu)資源系統(tǒng)的數(shù)學(xué)定義為Clus=<CL, CT, CC>，其中異構(gòu)資源的種類數(shù)為I CL |，總的異構(gòu)資源集合的數(shù)學(xué)定義為CL =Icl1, Cl2,...，cl|CL|},異構(gòu)資源間單位通信時(shí)間的集合為
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是:在步驟I中，所述任務(wù)數(shù)據(jù)流圖的數(shù)學(xué)定義為一個(gè)有向無(wú)環(huán)圖G=〈V，E，D>，由|V|個(gè)節(jié)點(diǎn)與|E|條有向邊組成；V= Iv1, V2，…，V|v|}表示節(jié)點(diǎn)集合，每個(gè)節(jié)點(diǎn)表示一個(gè)任務(wù);E =^ Fx F是邊的集合,表示集合V中節(jié)點(diǎn)的依賴關(guān)系
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是:在步驟I中，數(shù)學(xué)定義任務(wù)數(shù)據(jù)流圖G的布爾鄰接矩陣為A ;數(shù)學(xué)定義布爾矩陣集合{A2 J3-AlvlI，對(duì)于其中一個(gè)矩陣Ap，元素= I表示從節(jié)點(diǎn)i到j(luò)存在長(zhǎng)度為P條邊的路徑，其中，P是大于等于2且小于等于|V|-1的整數(shù)；數(shù)學(xué)定義布爾新矩陣A>2，新矩陣元素表示在任務(wù)數(shù)據(jù)流圖G中節(jié)點(diǎn)i到節(jié)點(diǎn)j的最長(zhǎng)路徑是否大于或等于2。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征是:計(jì)算得到矩陣集合Ap，利用Alri與A相乘得到Ap，具體地，Ap矩陣中元素的計(jì)算式為afj = (<_1 x\.)+ …+ (afh xaiF|_w) + (c^ xa|F|J)，其中， Ο、ap'a分別為矩陣Αρ、Ap'A的矩陣元素，i與j都表示大于等于I且小于等于|V|的整數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征是:計(jì)算得到新矩陣A>2，A >2中的元素計(jì)算式為V...，其中<丨、alr 分別為矩陣 α α 1+1的矩陣元素，i與j都表示大于等于I且小于等于|V|的整數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征是:把任務(wù)數(shù)據(jù)流圖G中所有節(jié)點(diǎn)當(dāng)作由單個(gè)節(jié)點(diǎn)組成的節(jié)點(diǎn)簇，設(shè)置寄存變量G’、m分別把輸入的任務(wù)數(shù)據(jù)流圖G、鄰接矩陣A以及計(jì)算得到的新矩陣A >2存入。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征是:在圖寄存變量G’中尋找節(jié)點(diǎn)簇對(duì)1、j，根據(jù)新矩陣的寄存變量A’ 判斷滿足條件ο==0，且在滿足該條件的所有節(jié)點(diǎn)簇對(duì)中，1、j之間的數(shù)據(jù)通信量最大，合并節(jié)點(diǎn)簇對(duì)1、j，得到節(jié)點(diǎn)簇i’。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征是:在合并節(jié)點(diǎn)簇對(duì)1、j后，更新圖G’、其鄰接矩陣A’、以及矩陣A’ ^20
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征是:在更新得到的新A’>2矩陣中，重置部分矩陣元素，對(duì)于所有滿足=1且從i’到X的最長(zhǎng)路徑小于2這兩個(gè)條件的情況，給賦O值，其中，X e 7，0’^€^40;對(duì)于所有滿足￡1^=1且從7到1’的最長(zhǎng)路徑小于2這兩個(gè)條件的情況，給Z2,賦O值，其中，y e V’，aa e 對(duì)于所有滿足a’fv =0 y,i且從X到I的最長(zhǎng)路徑大于等于2這兩個(gè)條件的情況，給α'=,賦I值，其中，X，y e V’，O*'·
全文摘要
本發(fā)明涉及到一種在異構(gòu)資源系統(tǒng)上避免死鎖的快速任務(wù)分配方法。包括以下步驟，1、將一個(gè)具體應(yīng)用使用任務(wù)數(shù)據(jù)流圖的表示，利用任務(wù)數(shù)據(jù)流圖的鄰接矩陣幾何運(yùn)算獲得新矩陣，該新矩陣用于表示節(jié)點(diǎn)間的最長(zhǎng)路徑的長(zhǎng)度是否大于或等于2；2、依據(jù)新矩陣選擇節(jié)點(diǎn)間最長(zhǎng)路徑長(zhǎng)度小于2、通信數(shù)據(jù)量最大的節(jié)點(diǎn)對(duì)，把節(jié)點(diǎn)對(duì)合并成節(jié)點(diǎn)簇；更新該新矩陣，重復(fù)上述節(jié)點(diǎn)合并的過(guò)程，減小任務(wù)數(shù)據(jù)流圖的規(guī)模到指定目標(biāo)；3、利用整數(shù)線性規(guī)劃方程集，分配該任務(wù)數(shù)據(jù)流圖到異構(gòu)資源集合上。本發(fā)明具有如下的優(yōu)點(diǎn)具有任務(wù)執(zhí)行先后的依賴關(guān)系、任務(wù)間的通信依賴關(guān)系和避免死鎖的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了異構(gòu)資源系統(tǒng)的總開(kāi)銷最小化。
文檔編號(hào)G06F9/50GK103150219SQ201310115339
公開(kāi)日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2013年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月3日
發(fā)明者沙行勉, 諸葛晴鳳, 孫群燕, 劉鐸 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)