Метод управления частотой процессора на основе определения интенсивности обращений к памяти

Аннотация

В настоящее время к мобильным устройствам предъявляются требования по высокой производительности и длительному времени работы без зарядки аккумулятора, то есть низкому энергопотреблению. Эти характеристики напрямую зависят от частоты процессора, поскольку на высокой частоте процессор способен выполнить больше инструкций за единицу времени, но при этом должен потратить больше энергии, и наоборот.
В работе проведено исследование современных подходов к управлению частотой процессора в ядре операционной системы Linux с целью повышения производительности процессора и уменьшения энергопотребления мобильного устройства. Разработан новый метод управления частотой процессора, который базируется на решении дискретной двухкритериальной оптимизационной задачи. В качестве критериев оптимизации выступают две взаимозависимые характеристики: производительность и энергопотребление. В основе предлагаемого метода лежит идея анализа инструкций выполняемой задачи для выявления случаев, когда повышение частоты процессора неэффективно из-за частых обращений к памяти. Задача решается при наличии определенных ограничений: рассматривается только один процесс, выполняющийся на одном ядре процессора; не рассматриваются гетерогенные архитектуры процессоров; не учитывается аппаратная многопоточность ядер процессора, то есть каждое логическое ядро рассматривается как физическое. На основе предложенного метода создано программное обеспечение, которое было протестировано на 11 тестах из Rodinia Benchmark Suite [6]. Этот набор тестов используется для оценки производительности компьютеров на различных типах задач, таких как вычисления общего назначения, обработка изображений, обработка сигналов и многие другие. Проведенное исследование показало, что использование предложенного подхода позволило уменьшить энергопотребление мобильного устройства в среднем на 7-15%, а производительность увеличить в среднем на 3-5% по сравнению с работой существующих утилит в ядре Linux.