Ordonnancement de tâches pour minimiser la consommation...
Transcript of Ordonnancement de tâches pour minimiser la consommation...
Soutenance bibliographique Master Recherche SDS
Ordonnancement de tâches pour minimiser la consommation
maximale d'énergie d'un ordinateur
Soutenu par: Florent ReynierTuteurs: J. Noe, L. Hardouin et M. Lhommeau
22 février 2011
1/24
Soutenance bibliographique Master Recherche SDS
Plan :
1 Présentation du sujet
2 Les grappes de calculateurs
3 Politiques d'ordonnancement
4 Consommation énergétique d'un processeur
5 Dynamic Voltage Scaling
6 Conclusion
2/24
Soutenance bibliographique Master Recherche SDS
Sujet
Plan
1 Présentation du sujet
2 Les grappes de calculateurs
3 Politiques d'ordonnancement
4 Consommation énergétique d'un processeur
5 Dynamic Voltage Scaling
6 Conclusion
3/24
Soutenance bibliographique Master Recherche SDS
Sujet
Contexte
CEA DAM (Direction des Applications Militaire) ;
Tera-100 6eme plus puissance calculateur au monde (TOP500) ;
Consommation en énergie électrique très élevée : 7MWatts ;
Augmentation de la puissance de calcul des installations compromise ;
Focalisation sur la manière dont s'exécutent les tâches au sein du système.
4/24
Soutenance bibliographique Master Recherche SDS
Sujet
Contexte
CEA DAM (Direction des Applications Militaire) ;
Tera-100 6eme plus puissance calculateur au monde (TOP500) ;
Consommation en énergie électrique très élevée : 7MWatts ;
Augmentation de la puissance de calcul des installations compromise ;
Focalisation sur la manière dont s'exécutent les tâches au sein du système.
4/24
Soutenance bibliographique Master Recherche SDS
Sujet
Contexte
CEA DAM (Direction des Applications Militaire) ;
Tera-100 6eme plus puissance calculateur au monde (TOP500) ;
Consommation en énergie électrique très élevée : 7MWatts ;
Augmentation de la puissance de calcul des installations compromise ;
Focalisation sur la manière dont s'exécutent les tâches au sein du système.
4/24
Soutenance bibliographique Master Recherche SDS
Sujet
Contexte
CEA DAM (Direction des Applications Militaire) ;
Tera-100 6eme plus puissance calculateur au monde (TOP500) ;
Consommation en énergie électrique très élevée : 7MWatts ;
Augmentation de la puissance de calcul des installations compromise ;
Focalisation sur la manière dont s'exécutent les tâches au sein du système.
4/24
Soutenance bibliographique Master Recherche SDS
Sujet
Contexte
CEA DAM (Direction des Applications Militaire) ;
Tera-100 6eme plus puissance calculateur au monde (TOP500) ;
Consommation en énergie électrique très élevée : 7MWatts ;
Augmentation de la puissance de calcul des installations compromise ;
Focalisation sur la manière dont s'exécutent les tâches au sein du système.
4/24
Soutenance bibliographique Master Recherche SDS
Les grappes
Plan
1 Présentation du sujet
2 Les grappes de calculateurs
3 Politiques d'ordonnancement
4 Consommation énergétique d'un processeur
5 Dynamic Voltage Scaling
6 Conclusion
5/24
Soutenance bibliographique Master Recherche SDS
Les grappes
Les grappes de calculateurs
Ensemble de serveurs (n÷uds) dédiés au calcul ;
Interconnexion par un réseau à haute performance (ex : In�niband) ;
Pilotage par un n÷ud maître embarquant un ordonnanceur (spatial).
6/24
Soutenance bibliographique Master Recherche SDS
Les grappes
Les grappes de calculateurs
Ensemble de serveurs (n÷uds) dédiés au calcul ;
Interconnexion par un réseau à haute performance (ex : In�niband) ;
Pilotage par un n÷ud maître embarquant un ordonnanceur (spatial).
6/24
Soutenance bibliographique Master Recherche SDS
Les grappes
Les grappes de calculateurs
Ensemble de serveurs (n÷uds) dédiés au calcul ;
Interconnexion par un réseau à haute performance (ex : In�niband) ;
Pilotage par un n÷ud maître embarquant un ordonnanceur (spatial).
6/24
Soutenance bibliographique Master Recherche SDS
Les grappes
Les grappes de calculateurs
Ensemble de serveurs (n÷uds) dédiés au calcul ;
Interconnexion par un réseau à haute performance (ex : In�niband) ;
Pilotage par un n÷ud maître embarquant un ordonnanceur (spatial).
6/24
Soutenance bibliographique Master Recherche SDS
Les grappes
Les grappes de calculateurs
Ensemble de serveurs (n÷uds) dédiés au calcul ;
Interconnexion par un réseau à haute performance (ex : In�niband) ;
Pilotage par un n÷ud maître embarquant un ordonnanceur (spatial).
6/24
Soutenance bibliographique Master Recherche SDS
Les grappes
Tâche
Un programme exécutable sur une grappe lance plusieurs calculs enparallèle ;
Dé�nition : Tâche
Une tâche est une sous instance d'un programme exécuté qui réalise untraitement en parallèle d'autres tâches appartenant au même programme.
Les tâches appartenant à un programme peuvent être interactives.
7/24
Soutenance bibliographique Master Recherche SDS
Les grappes
Tâche
Un programme exécutable sur une grappe lance plusieurs calculs enparallèle ;
Dé�nition : Tâche
Une tâche est une sous instance d'un programme exécuté qui réalise untraitement en parallèle d'autres tâches appartenant au même programme.
Les tâches appartenant à un programme peuvent être interactives.
7/24
Soutenance bibliographique Master Recherche SDS
Les grappes
Tâche
Un programme exécutable sur une grappe lance plusieurs calculs enparallèle ;
Dé�nition : Tâche
Une tâche est une sous instance d'un programme exécuté qui réalise untraitement en parallèle d'autres tâches appartenant au même programme.
Les tâches appartenant à un programme peuvent être interactives.
7/24
Soutenance bibliographique Master Recherche SDS
Les grappes
Tâche
Un programme exécutable sur une grappe lance plusieurs calculs enparallèle ;
Dé�nition : Tâche
Une tâche est une sous instance d'un programme exécuté qui réalise untraitement en parallèle d'autres tâches appartenant au même programme.
Les tâches appartenant à un programme peuvent être interactives.
7/24
Soutenance bibliographique Master Recherche SDS
Les grappes
OrdonnanceursOrdonnanceur en temps partagé
Fait parti intégrante du système d'exploitation de chaque n÷ud ;
Exécute un très grand nombre de tâches sur un nombre de processeursréduit ;
Un quota de temps est alloué à l'exécution de chaque tâche ;
Politique d'ordonnancement très connue : Round-Robin.
8/24
Soutenance bibliographique Master Recherche SDS
Les grappes
OrdonnanceursOrdonnanceur en temps partagé
Fait parti intégrante du système d'exploitation de chaque n÷ud ;
Exécute un très grand nombre de tâches sur un nombre de processeursréduit ;
Un quota de temps est alloué à l'exécution de chaque tâche ;
Politique d'ordonnancement très connue : Round-Robin.
8/24
Soutenance bibliographique Master Recherche SDS
Les grappes
OrdonnanceursOrdonnanceur en temps partagé
Fait parti intégrante du système d'exploitation de chaque n÷ud ;
Exécute un très grand nombre de tâches sur un nombre de processeursréduit ;
Un quota de temps est alloué à l'exécution de chaque tâche ;
Politique d'ordonnancement très connue : Round-Robin.
8/24
Soutenance bibliographique Master Recherche SDS
Les grappes
OrdonnanceursOrdonnanceur en temps partagé
Fait parti intégrante du système d'exploitation de chaque n÷ud ;
Exécute un très grand nombre de tâches sur un nombre de processeursréduit ;
Un quota de temps est alloué à l'exécution de chaque tâche ;
Politique d'ordonnancement très connue : Round-Robin.
8/24
Soutenance bibliographique Master Recherche SDS
Les grappes
OrdonnanceursOrdonnanceur spatial
Implanté sur un seul n÷ud appelé maître ;
Répartit et gère les tâches à exécuter au sein de chaque noeud ;
Se place un niveau au dessus des ordonnanceurs en temps partagé ;
Le CEA utilise SLURM (Simple Linux Utility for Ressoure Management)au sein du Tera-100.
9/24
Soutenance bibliographique Master Recherche SDS
Les grappes
OrdonnanceursOrdonnanceur spatial
Implanté sur un seul n÷ud appelé maître ;
Répartit et gère les tâches à exécuter au sein de chaque noeud ;
Se place un niveau au dessus des ordonnanceurs en temps partagé ;
Le CEA utilise SLURM (Simple Linux Utility for Ressoure Management)au sein du Tera-100.
9/24
Soutenance bibliographique Master Recherche SDS
Les grappes
OrdonnanceursOrdonnanceur spatial
Implanté sur un seul n÷ud appelé maître ;
Répartit et gère les tâches à exécuter au sein de chaque noeud ;
Se place un niveau au dessus des ordonnanceurs en temps partagé ;
Le CEA utilise SLURM (Simple Linux Utility for Ressoure Management)au sein du Tera-100.
9/24
Soutenance bibliographique Master Recherche SDS
Les grappes
OrdonnanceursOrdonnanceur spatial
Implanté sur un seul n÷ud appelé maître ;
Répartit et gère les tâches à exécuter au sein de chaque noeud ;
Se place un niveau au dessus des ordonnanceurs en temps partagé ;
Le CEA utilise SLURM (Simple Linux Utility for Ressoure Management)au sein du Tera-100.
9/24
Soutenance bibliographique Master Recherche SDS
ordonnancement
Plan
1 Présentation du sujet
2 Les grappes de calculateurs
3 Politiques d'ordonnancement
4 Consommation énergétique d'un processeur
5 Dynamic Voltage Scaling
6 Conclusion
10/24
Soutenance bibliographique Master Recherche SDS
ordonnancement
Pile d'exécution
L'utilisateur précise pour chaque tâche une date de lancement etd'échéance.
Tâche A
Tâche B
Tâche C
Tâche D
Nombre de processeurs
t
Nombre maximum de processeurs
11/24
Soutenance bibliographique Master Recherche SDS
ordonnancement
Pile d'exécution
L'utilisateur précise pour chaque tâche une date de lancement etd'échéance.
Tâche A
Tâche B
Tâche C
Tâche D
Nombre de processeurs
t
Nombre maximum de processeurs
11/24
Soutenance bibliographique Master Recherche SDS
ordonnancement
Pile d'exécution
L'utilisateur précise pour chaque tâche une date de lancement etd'échéance.
Tâche A
Tâche B
Tâche C
Tâche D
Nombre de processeurs
t
Nombre maximum de processeurs
11/24
Soutenance bibliographique Master Recherche SDS
ordonnancement
Algorithme First Come, First Served
Tâche A
Tâche B
Tâche C
Tâche D
Nombre de processeurs
t
Nombre maximum de processeurs
12/24
Soutenance bibliographique Master Recherche SDS
ordonnancement
Algorithme Back�lling
Tâche A
Tâche B
Tâche C
Tâche D
Nombre de processeurs
t
Nombre maximum de processeurs
Exécution de A Exécution de B
13/24
Soutenance bibliographique Master Recherche SDS
Les processeurs
Plan
1 Présentation du sujet
2 Les grappes de calculateurs
3 Politiques d'ordonnancement
4 Consommation énergétique d'un processeur
5 Dynamic Voltage Scaling
6 Conclusion
14/24
Soutenance bibliographique Master Recherche SDS
Les processeurs
Modèle énergétique du processeur
Puissance instantanée consommée en (Watts)
Ptotal = Pstat+Pdyn
{Pstat Puissance consommée par une porte CMOS au repos
Pdyn Puissance consommée lors de la commutation
Relation fréquence - tension d'alimentation
V = λf
V Tension d'alimentation
λ Constante liée au type du processeur
f fréquence de cadencement du processeur
15/24
Soutenance bibliographique Master Recherche SDS
Les processeurs
Modèle énergétique du processeur
Relation Puissance - fréquence - tension d'alimentation
Pdyn = C × f × V 2
C Constante liée au type de processeur
f = 1
τFréquence de cadencement du processeur
V Tension d'alimentation
Relation énergie - fréquence
Edyn = n × C2 × f 2{
C2 λ2 × Cn Nbr de coups d'horloge pour realiser la tâche
Relation énergie - Tension d'alimentation
Edyn = n × C × V 2
16/24
Soutenance bibliographique Master Recherche SDS
Les processeurs
Modèle énergétique du processeur
Relation entre l'énergie et le temps de calcul d'une tâche
τ : période de l'horloge
Etotal
Edyn = n × C2 × 1
τ2
τmin = 1
fmaxτmax = 1
fmin
Edyn
Estat
A
B
17/24
Soutenance bibliographique Master Recherche SDS
Les processeurs
Equirépartition des temps de calcul
1 2
Edyn
t
1
Tmax
10
Exécution de deux tâches à unefréquence maximale :
Edyn = C2 × (1+ 1) = C2 × 2J
12
Edyn
t
1
0.0123
Tmax
10
Exécution de la première tâche en 1s etde la deuxième en 9s :
Edyn = C2 ×(1+ 1
81
)= C2 × 1.0123J
1 2
Edyn
t
0.08
Tmax
10
Exécution des deux tâches en 5schacune :
Edyn = C2 ×(
1
25+ 1
25
)= C2 × 0.08J
18/24
Soutenance bibliographique Master Recherche SDS
Les processeurs
Equirépartition des temps de calcul
1 2
Edyn
t
1
Tmax
10
Exécution de deux tâches à unefréquence maximale :
Edyn = C2 × (1+ 1) = C2 × 2J
12
Edyn
t
1
0.0123
Tmax
10
Exécution de la première tâche en 1s etde la deuxième en 9s :
Edyn = C2 ×(1+ 1
81
)= C2 × 1.0123J
1 2
Edyn
t
0.08
Tmax
10
Exécution des deux tâches en 5schacune :
Edyn = C2 ×(
1
25+ 1
25
)= C2 × 0.08J
18/24
Soutenance bibliographique Master Recherche SDS
Les processeurs
Equirépartition des temps de calcul
1 2
Edyn
t
1
Tmax
10
Exécution de deux tâches à unefréquence maximale :
Edyn = C2 × (1+ 1) = C2 × 2J
12
Edyn
t
1
0.0123
Tmax
10
Exécution de la première tâche en 1s etde la deuxième en 9s :
Edyn = C2 ×(1+ 1
81
)= C2 × 1.0123J
1 2
Edyn
t
0.08
Tmax
10
Exécution des deux tâches en 5schacune :
Edyn = C2 ×(
1
25+ 1
25
)= C2 × 0.08J
18/24
Soutenance bibliographique Master Recherche SDS
DVS
Plan
1 Présentation du sujet
2 Les grappes de calculateurs
3 Politiques d'ordonnancement
4 Consommation énergétique d'un processeur
5 Dynamic Voltage Scaling
6 Conclusion
19/24
Soutenance bibliographique Master Recherche SDS
DVS
Dynamic Voltage Scaling
Minimise l'énergie consommée par le processeur ;
Basé sur la variation de la tension d'alimentation ;
Allonge le temps d'exécution des tâches jusqu'à leur date d'échéance ;
Nécessite un contexte temps réel ;
Algorithme de G.Cassandras, commande dynamique de la tension avec descontraintes temps réel.
20/24
Soutenance bibliographique Master Recherche SDS
DVS
Dynamic Voltage Scaling
Minimise l'énergie consommée par le processeur ;
Basé sur la variation de la tension d'alimentation ;
Allonge le temps d'exécution des tâches jusqu'à leur date d'échéance ;
Nécessite un contexte temps réel ;
Algorithme de G.Cassandras, commande dynamique de la tension avec descontraintes temps réel.
20/24
Soutenance bibliographique Master Recherche SDS
DVS
Dynamic Voltage Scaling
Minimise l'énergie consommée par le processeur ;
Basé sur la variation de la tension d'alimentation ;
Allonge le temps d'exécution des tâches jusqu'à leur date d'échéance ;
Nécessite un contexte temps réel ;
Algorithme de G.Cassandras, commande dynamique de la tension avec descontraintes temps réel.
20/24
Soutenance bibliographique Master Recherche SDS
DVS
Dynamic Voltage Scaling
Minimise l'énergie consommée par le processeur ;
Basé sur la variation de la tension d'alimentation ;
Allonge le temps d'exécution des tâches jusqu'à leur date d'échéance ;
Nécessite un contexte temps réel ;
Algorithme de G.Cassandras, commande dynamique de la tension avec descontraintes temps réel.
20/24
Soutenance bibliographique Master Recherche SDS
DVS
Dynamic Voltage Scaling
Minimise l'énergie consommée par le processeur ;
Basé sur la variation de la tension d'alimentation ;
Allonge le temps d'exécution des tâches jusqu'à leur date d'échéance ;
Nécessite un contexte temps réel ;
Algorithme de G.Cassandras, commande dynamique de la tension avec descontraintes temps réel.
20/24
Soutenance bibliographique Master Recherche SDS
DVS
Application du DVS DVSDiminuer les temps de calcul en jouant sur le nombre de processeurs et les fréquences
Tâche A
Tâche B
Tâche C Tâche D Tâche E
Nombre de processeurs
t
Nombre maximum de processeurs
Exécution de A Exécution de B
21/24
Soutenance bibliographique Master Recherche SDS
DVS
Application du DVSAugmenter les temps de calcul en jouant sur le nombre de processeurs et les fréquences
Tâche A
Tâche BTâche C
Tâche D
Tâche E
Nombre de processeurs
t
Nombre maximum de processeurs
Exécution de A Exécution de B
22/24
Soutenance bibliographique Master Recherche SDS
Conclusion
Plan
1 Présentation du sujet
2 Les grappes de calculateurs
3 Politiques d'ordonnancement
4 Consommation énergétique d'un processeur
5 Dynamic Voltage Scaling
6 Conclusion
23/24
Soutenance bibliographique Master Recherche SDS
Conclusion
Conclusion
Mettre en ÷uvre un outil simulant une grappe de calculateurs ;
Capacité à prendre en compte le modèle énergétique des processeurssimulés ;
Tester la consommation énergétique engendrée par les politiquesd'ordonnancement ;
Implémentation de l'algorithme de Cassandras sur le DVS.
24/24
Soutenance bibliographique Master Recherche SDS
Conclusion
Conclusion
Mettre en ÷uvre un outil simulant une grappe de calculateurs ;
Capacité à prendre en compte le modèle énergétique des processeurssimulés ;
Tester la consommation énergétique engendrée par les politiquesd'ordonnancement ;
Implémentation de l'algorithme de Cassandras sur le DVS.
24/24
Soutenance bibliographique Master Recherche SDS
Conclusion
Conclusion
Mettre en ÷uvre un outil simulant une grappe de calculateurs ;
Capacité à prendre en compte le modèle énergétique des processeurssimulés ;
Tester la consommation énergétique engendrée par les politiquesd'ordonnancement ;
Implémentation de l'algorithme de Cassandras sur le DVS.
24/24
Soutenance bibliographique Master Recherche SDS
Conclusion
Conclusion
Mettre en ÷uvre un outil simulant une grappe de calculateurs ;
Capacité à prendre en compte le modèle énergétique des processeurssimulés ;
Tester la consommation énergétique engendrée par les politiquesd'ordonnancement ;
Implémentation de l'algorithme de Cassandras sur le DVS.
24/24