多核环境下实时数据库系统节能关键技术

To resolve the problem of low energy efficiency which worst-case execution time cannot be acquire based on energy-saving techniques of a battery-powerd real-time database system in multi-core environments,this project will create a statistical model by means of measurement and hypothesis testing as main error source,and propose an iterative WCET analysis method to improve WCET estimation considering interference of parallel tasks on shared resources. This project will focuse on key techniques to improve energy efficiency in multi-core environments. While the condition of real-time constraints and temporal consistency of data objects is met,an optimal energy-efficient real-time transaction scheduling algorithm based on a frame-based task model will be proposed to reduce system consumption. The above algorithm can determine execution process and execution speed of all tasks in offline scheduling. Moreover,this project will also use DVFS, DPM and other energy-saving techniques as much as possible to consume the least energy. The ultimate goal of this project is that WCET estimation is increased by 8% to 10% , and system energy consumption is decreased by 10% to 15% under same conditions. Finally, this project will use methods of mathematical analysis and simulation experiments on algorithms to evaluate performance. Feasibility of this project has been fully demonstrated in the past work. Research result about energy-saving technique on multi-core systems is very important to promote real-time database system applications.

本项目基于电池驱动的多核环境实时数据库系统节能技术中，所面临因实时事务最坏情况执行时间（WCET）无法确定等因素导致节能效率低的难题，拟通过测量和假设检验的技术手段为主要误差源建立统计模型,考虑并行任务对共享资源的干扰，提出一种迭代的WCET分析方法，进而提高WCET精度；项目着重研究提高多核环境中节能效率的关键技术，在满足实时约束和数据对象时序一致性的条件下，提出一种基于帧任务模型的最优节能实时事务调度算法，算法可在离线调度中确定所有任务的执行过程和执行速度；项目还将采用DVFS、DPM等节能技术，尽可能使得系统能耗最小，实现在同等条件下WCET值精确度提高8%-10%，系统总能耗下降10%-15%的研究目标。项目最后将采用数学分析和仿真实验的方法对算法进行性能评价。项目的可行性已经在前期工作中得到充分验证。多核系统中节能技术的研究成果对推动实时数据库系统应用有十分重要的意义。

本项目研究基于电池驱动的多核环境实时数据库系统节能技术中因实时事务最坏情况执行时间（WCET）无法确定等因素导致节能效率低的难题，研究总目标是：减少多核处理器环境下 RTDBS应用中能量开销，设计出基于节能的实时事务调度算法以及依靠DVFS 等节能技术，延长系统稳定且可靠的运行时间，推动嵌入式多核处理器环境下实时数据库系统更广泛的应用。首先分析出了多核环境下影响系统能耗的各个因素，以及各因素之间的关系，找出可降低能耗的可操作空间，并建立了各个因素的能耗模型，CPU能耗模型、磁盘I/O能耗模型、混合能耗模型等。然后，基于已建立的能耗模型和分析影响能耗的所在原因，在此基础上提出了降低能耗的多种方法，有硬件的方法、软件的方法、基于软件和硬件相结合的方法。重点研究了采用软件节能的方法，通过调度具有不同价值的事务（任务），设计实现了基于反馈控制和降低能耗的实时事务（任务）调度算法，并对算法进行了性能分析和测试。最后，针对典型共享缓冲区和总线的多核结构，项目组研究得出了一种基于迭代方法的WCET估值分析方法，一定程度上提高了WCET估值的精确度，提高WCET估值精度有利于事务（任务）调度算法性能，提高了算法性能就更有利于降低系统能耗。项目采用数学分析和仿真实验的方法对所有提出的算法进行了性能测试。项目还采用了DVFS、DPM等节能技术，使得系统能耗最小，实现了在同等条件下WCET值精确度提高8%，系统总能耗下降接近10%的研究目标。项目中所取得的多核系统中有关节能技术的研究成果对推动实时数据库系统应用有十分重要的意义，同时节能降耗的策略对于移动环境下的其它实时或非实时软件都有一定的借鉴意义。