新材料及其应用

一种基于关键路径的适应处理器内核紧缺调度方法，该方法包括如下步骤：任务图转换模块采用复制叉节点的方法将DAG任务图转换为产品加工树；产品加工树调度模块按层序遍历产品加工树，自上而下将所述的产品加工树划分成若干子树，自最底层的子树起，依次在子树中查找并优先调度关键路径上节点，形成调度序列，每调度完成一棵子树便将该子树虚拟为一个节点并加入上层的子树中，直到所有节点调度完毕，形成初始调度序列；序列合并调整模块采用合并通信最为频繁且合并后对任务完成总时间影响最小序列的方式，将调度序列合并以适应处理器内核紧缺。

成果亮点

基于关键路径的适应处理器内核紧缺调度方法。采用传统的多核处理器任务分配算法会出现处理器剩余内核紧缺的问题。本发明方法包括：任务图转换模块采用复制叉节点的方法将DAG任务图转换为产品加工树；产品加工树调度模块按层序遍历产品加工树，自上而下将产品加工树划分成若干子树，自最底层的子树起，依次在子树中查找并优先调度关键路径上节点，形成调度序列，每调度完成一棵子树便将该子树虚拟为一个节点并加入上层的子树中，直到所有节点调度完毕，形成初始调度序列；序列合并调整模块采用合并通信最为频繁且合并后对任务完成总时间影响最小序列的方式，将调度序列合并以适应处理器内核紧缺。本发明用于调度多核处理器。

高性能计算领域

在超级计算机或高性能计算集群中，执行大规模科学计算任务（如气候模拟、基因测序等）时，处理器内核资源常常是紧缺的。基于关键路径的调度方法可以识别计算任务中的关键路径，即对整个计算任务完成时间影响最大的部分。例如，在气候模拟计算中，某些复杂的物理模型计算可能是关键路径。调度方法可以优先将紧缺的处理器内核分配给关键路径上的计算任务，确保这些关键部分能够快速完成，从而缩短整个计算任务的完成时间。这种方法可以有效利用有限的处理器内核资源，提高高性能计算系统的计算效率，加快科学研究的进程。

在人工智能训练任务中，如深度学习模型的训练，也面临处理器内核资源不足的问题。基于关键路径的调度方法可以分析模型训练过程中的关键计算步骤，如神经网络的反向传播算法部分。通过将有限的处理器内核优先分配给这些关键步骤，能够加速模型训练的收敛速度，在处理器内核紧缺的情况下，提高人工智能模型的训练效率，使企业或研究机构能够更快地开发出高性能的人工智能应用。

嵌入式系统开发

在嵌入式系统中，如汽车电子控制系统、智能家居设备等，处理器内核资源相对有限。基于关键路径的适应处理器内核紧缺调度方法可以用于优化嵌入式软件的运行。例如，在汽车的电子稳定程序（ESP）系统中，传感器数据采集、控制算法计算和执行器驱动等任务在处理器内核上运行。通过识别这些任务中的关键路径，如控制算法计算部分，将有限的处理器内核资源优先分配给关键路径上的任务，可以确保 ESP 系统能够快速、准确地对车辆行驶状态进行控制，提高汽车的安全性和稳定性。

在智能家居设备中，如智能摄像头的图像处理、设备之间的通信和控制指令执行等任务共享有限的处理器内核。基于关键路径的调度方法可以根据不同任务对系统性能的影响，优先分配内核资源给关键路径上的任务，如实时图像处理部分，确保智能摄像头能够高效地完成图像采集和处理功能，为用户提供高质量的监控服务。

1. 本发明通过任务图转换模块将DAG任务图转换为产品加工树；再通过产品加工树调度模块对产品加工树中节点进行调度，使产品加工树中节点尽早开始执行，以缩短应用程序在处理器内核上执行的总时间；并通过序列合并调整模块使调度序列数适应处理器当前剩余内核数，减少处理器内核资源的浪费，使处理器资源得到充分利用。

 2. 本发明减少通信开销，在多核处理器系统中一个应用程序就是一个任务的集合，任务之间存在数据依赖关系，这种依赖关系使得某一任务节点开始执行时，它的所有前驱任务必须已经执行完毕。而多核处理器的特殊结构使得内核之间的通信时间远大于内核上的通信时间，而采用任务复制方式对任务图进行处理，可以使处理器内核间的通信时间得到较为有效地控制。

 3. 本发明便于查找每个节点的近优调度方式：；在产品加工树调度模块中采用逐层分解产品加工树的方式，将产品加工树分解形成相互独立的子树，这些子树的根节点正是原产品加工树的叉节点；而如果想提前应用程序的结束时间，也正是要使这些叉节点尽量提前开始执行。将产品加工树分解成为相互独立的子树后，可以很方便的在每个子树中找到近优调度序列，而形成调度序列后将子树虚拟为一个可调度的节点加入其上层产品加工树子树中进行调度，便于上层产品加工树近优调度序列的寻找。

4. 本发明提前节点的开始时间；在产品加工树调度模块中采用优先调度关键路径上节点方式对每个子树进行处理。而关键路径上的节点通常不止包含一个紧前节点序列，这些紧前节点序列的调度方式会对关键路径上节点的开始执行时间产生重要影响，本发明采用合并能提前关键路径上节点开始时间的紧前节点序列到同一调度序列上的方式，对紧前节点序列进行合并处理，通过控制通信开销来提前关键路径上节点开始执行时间。

5. 本发明减少处理器资源浪费；当处理器当前剩余内核不足以完成任务调度时，按传统调度算法对任务进行处理后的调度序列将无法分配到当前内核上执行。如果当前任务的优先级最高，则处理器的剩余内核上将不会有任务执行。此时，处理器的剩余内核将会空闲，进而产生处理器资源浪费，本发明提出的方法将根据剩余内核数调整调度序列数，使调度序列数适应处理器剩余内核数，减少处理器空闲等待，进而减少处理器资源浪费。