Self-adaptive QOS at communication and computation levels for many-core system-on-chip

• Autor(a) principal: Ruaro, Marcelo
• Data de Publicação: 2018
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: eng
• Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da PUC_RS
• Texto Completo: http://tede2.pucrs.br/tede2/handle/tede/7946
• topic: System-on-Chip; Many-Core; Network-on-Chip; Quality-of-Service; Self-adaptation; CIENCIA DA COMPUTACAO::TEORIA DA COMPUTACAO

Sistemas multi-núcleos intra-chip são o estado-da-arte em termos de poder computacional, alcançando de dúzias a milhares de elementos de processamentos (PE) em um único circuito integrado. Sistemas multi-núcleos de propósito geral assumem uma admissão dinâmica de aplicações, onde o conjunto de aplicações não é conhecido em tempo de projeto e as aplicações podem iniciar sua execução a qualquer momento. Algumas aplicações podem ter requisitos de tempo real, requisitando níveis de qualidade de serviço (QoS) do sistema. Devido ao alto grau de imprevisibilidade do uso dos recursos e o grande número de componentes para se gerenciar, propriedades autoadaptativas tornam-se fundamentais para dar suporte a QoS em tempo de execução. A literatura fornece diversas propostas de QoS autoadaptativo, focado em recursos de comunicação (ex., redes intra-chip), ou computação (ex., CPU). Contudo, para fornecer um suporte de QoS completo, é fundamental uma autoconsciência abrangente dos recursos do sistema, e assumir técnicas adaptativas que permitem agir em ambos os níveis de comunicação e computação para atender os requisitos das aplicações. Para suprir essas demandas, essa Tese propõe uma infraestrutura e técnicas de gerenciamento de QoS autoadaptativo, cobrindo ambos os níveis de computação e comunicação. No nível de computação, a infraestrutura para QoS consiste em um escalonador dinâmico de tarefas de tempo real e um protocolo de migração de tarefas de baixo custo. Estas técnicas fornecem QoS de computação, devido ao gerenciamento da utilização e alocação da CPU. A novidade do escalonador de tarefas é o suporte a requisitos de tempo real dinâmicos, o que gera mais flexibilidade para as tarefas em explorar a CPU de acordo com uma carga de trabalho variável. A novidade do protocolo de migração de tarefas é o baixo custo no tempo de execução comparado a trabalhos do estado-da-arte. No nível de comunicação, a técnica proposta é um chaveamento por circuito (CS) baseado em redes definidas por software (SDN). O paradigma SDN para NoCs é uma inovação desta Tese, e é alcançado através de uma arquitetura genérica de software e hardware. Para QoS de comunicação, SDN é usado para definir caminhos CS em tempo de execução. Essas infraestruturas de QoS são gerenciadas de uma forma integrada por um gerenciamento de QoS autoadaptativo, o qual segue o paradigma ODA (Observar, Decidir, Agir), implementando um laço fechado de adaptações em tempo de execução. O gerenciamento de QoS é autoconsciente dos recursos do sistema e das aplicações em execução, e pode decidir por adaptações no nível de computação ou comunicação, baseado em notificações das tarefas, monitoramento do ambiente, e monitoramento de atendimento de QoS. A autoadaptação decide reativamente assim como proativamente. Uma técnica de aprendizagem do perfil das aplicações é proposta para traçar o comportamento das tarefas de tempo real, possibilitando ações proativas. Resultados gerais mostram que o gerenciamento de QoS autoadaptativo proposto pode restaurar os níveis de QoS para as aplicações com um baixo custo no tempo de execução das aplicações. Uma avaliação abrangente, assumindo diversos benchmarks mostra que, mesmo sob diversas interferências de QoS nos níveis de computação e comunicação, o tempo de execução das aplicações é restaurado próximo ao cenário ótimo, como 99,5% das violações de deadlines mitigadas.