Energy efficient scheduling of parallel real-time tasks on heterogeneous multicore systems

par Houssam-Eddine Zahaf

Thèse de doctorat en Informatique

Sous la direction de Richard Olejnik et de Abou el hassan Benyamina.

  • Titre traduit

    Minimisation de la consommation d'énergie pour des taches temps-réels parallèles sur des architectures multicoeurs hétérogènes


  • Résumé

    Les systèmes cyber-physiques (CPS) et d’Internet des objets génèrent un volume et une variété des données sans précédant. Le temps que ces données parcourent le réseau dans son chemin vers le cloud, la possibilité de réagir à un événement critique pourrait être tardive. Pour résoudre ce problème, les traitements de données nécessitant une réponse rapide sont faits à proximité d’où les données sont collectées. Ainsi, seuls les résultats du pré-traitement sont envoyées au cloud et la réaction pourrai être déclenché suffisamment rapide pour préserver l’intégrité du système. Ce modèle de calcul est connu comme Fog Computing. Un large spectre d’applications de CPS ont des contraintes temporelle et peuvent être facilement parallélisées en distribuant les calculs sur différents sous-ensembles de données en même temps. Ceci peut permettre d’obtenir un temps de réponse plus court et un temps de creux plus large. Ainsi, on peut réduire la fréquence du processeur et/ou éteindre des parties du processeur afin de réduire la consommation d’énergie. Dans cette thèse, nous nous concentrons sur le problème d'ordonnancement d’un ensemble de taches temps-réels parallèles sur des architectures multi-coeurs dans l’objectif de réduire la consommation d’énergie en respectant toutes les contraintes temporelles. Nous proposons ainsi plusieurs modèles de tâches et des testes d'ordonnançabilité pour résoudre le problème d’allocation des threads aux processeurs. Nous proposons aussi des méthodes qui permettent de sélectionner les fréquences et les états des processeurs. Les modèles proposés peuvent être implantés comme des directives dans la même logique que OpenMP.


  • Résumé

    Cyber physical systems (CPS) and Internet of Objects (IoT) are generating an unprecedented volume and variety of data that needs to be collected and stored on the cloud before being processed. By the time the data makes its way to the cloud for analysis, the opportunity to trigger a reply might be late. One approach to solve this problem is to analyze the most time-sensitive data at the network edge, close to where it is generated. Thus, only the pre-processed results are sent to the cloud. This computation model is know as *Fog Computing* or *Edge computing*. Critical CPS applications using the fog computing model may have real-time constraints because results must be delivered in a pre-determined time window. Furthermore, in many relevant applications of CPS, the processing can be parallelized by applying the same processing on different sub-sets of data at the same time by the mean parallel programming techniques. This allow to achieve a shorter response time, and then, a larger slack time, which can be used to reduce energy consumption. In this thesis we focus on the problem of scheduling a set of parallel tasks on multicore processors, with the goal of reducing the energy consumption while all deadlines are met. We propose several realistic task models on architectures with identical and heterogeneous cores, and we develop algorithms for allocating threads to processors, select the core frequencies, and perform schedulability analysis. The proposed task models can be realized by using OpenMP-like APIs.


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