Mechanismen für die energieeffiziente Prozessor-Allokation und Umverteilung auf Vielkernprozessor-Systemen

Multi- and manycore processors promise to combine high overall peak performance with moderate power consumption to meet the constantly growing demand for computational power under the energy constraints of today’s CMOS technology. Future systems with manycore processors are expected to contain a huge amount of cores, which exceeds the number of processes that will run simultaneously. Consequently, processor time sharing approaches, that introduce significant overhead from regular context switches in common OS, will no longer be necessary. This work investigates mechanisms for scalable and energy-efficient spatial partitioning of multi- and manycore processor systems. In addition, it explores the implications of exclusive processor core allocation to user processes due to the absence of temporal multiplexing and offers approaches to ease the adaptation to the new programming model. The proposed mechanisms achieved fast thread allocation which motivates applications for dynamic thread allocation and benefits performance as well as energy efficiency. The efficiency control and resource revocation mechanisms detect and prevent wasteful and inefficient resource occupation from poorly optimized or malicious processes. In this way, the global efficiency of the system is optimized. The dynamic processing resource allocation and revocation handling has been integrated into a task parallel runtime system, to disburden the application programmer from manual implementation and to increase productivity.Mehrkern- und Vielkernprozessoren versprechen eine hohe Spitzenrechenleistung bei moderatem Stromverbrauch, um den ständig wachsenden Bedarf nach Rechenleistung mit den Energiebeschränkungen der heutigen CMOS-Technologie zu erfüllen. Es wird erwartet, dass zukünftige Systeme mit Vielkernprozessoren eine riesige Anzahl von Rechenkernen enthalten werden, welche die Anzahl der gleichzeitig laufenden Prozesse übersteigt. Folglich werden Ansätze für das zeitliche Multiplexing der Prozessoren, die in bestehenden Betriebssystemen erhebliche Kosten durch regelmäßige Kontextwechsel verursachen, nicht mehr zwingend erforderlich sein. Diese Arbeit untersucht Mechanismen für eine skalierbare und energieeffiziente räumliche Partitionierung von Mehrkern- und Vielkernprozessorsystemen. Darüber hinaus werden die Auswirkungen der exklusiven Prozessorkernzuweisung, aufgrund des fehlenden zeitlichen Multiplexings, für den Benutzer untersucht und Ansätze zur Erleichterung der Anpassung an das neue Programmiermodell angeboten. Die entwickelten Mechanismen erreichen eine schnelle Threadallokation, die Anwendungen zur dynamischen Ressourcenbelegung motiviert und damit sowohl die Rechenleistung als auch die Energieeffizienz erhöht. Die Mechanismen zur Effizienzkontrolle und zum Entzug von Ressourcen erkennen und verhindern eine verschwenderische und ineffiziente Ressourcenbelegung durch schlecht optimierte oder bösartige Prozesse. Auf diese Weise wird die globale Effizienz des Systems verbessert. Die dynamische Belegung von Rechenressourcen und die Behandlung von Ressourcelimitierungen wurden in ein aufgabenparalleles Laufzeitsystem integriert, um Anwendungsprogrammierer von der manuellen Implementierung zu entlasten und die Produktivität zu steigern