KR101513398B1 - 소모전력을 감소시킬 수 있는 단말장치 및 이의 제어방법 - Google Patents

소모전력을 감소시킬 수 있는 단말장치 및 이의 제어방법 Download PDF

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Abstract

소모전력을 감소시킬 수 있는 단말장치 및 이의 제어방법이 개시된다. 개시된 단말장치는 단말장치 내의 프로세서의 주파수 및 상기 단말장치에서 실행되는 인터액티브 어플리케이션의 우선권값을 변수로 하는 상기 인터액티브 어플리케이션의 반응시간을 설정하는 반응시간 설정부; 디폴트된 우선권값에 기초하여, 상기 반응시간이 기 설정된 반응시간 임계값을 초과하지 않도록 하는 상기 프로세서의 주파수를 결정하는 주파수 결정부; 상기 결정된 주파수에 기초하여, 상기 반응시간이 상기 반응시간 임계값을 초과하지 않도록 하는 우선권값을 결정하는 우선권값 결정부; 및 상기 결정된 주파수 및 상기 결정된 우선권값에 기초하여 상기 인터액티브 어플리케이션을 실행하는 실행부;를 포함한다.

Description

소모전력을 감소시킬 수 있는 단말장치 및 이의 제어방법{Terminal device for reducing power consumption and Method for controlling the same}
본 발명의 실시예들은 단말장치 및 이의 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 단말장치에서 실행되는 인터액티브 어플리케이션에 대한 사용자의 반응시간 만족도를 유지하면서 소모전력을 감소시킬 수 있는 단말장치 및 이의 제어방법에 관한 것이다.
어플리케이션의 성능을 유지하면서 소모전력을 줄이는 것은 스마트폰, 태플릿 PC와 같은 모바일 단말장치(모바일 시스템)에 있어 중요한 연구목표들 중 하나이다. 어플리케이션이 복잡해지고 빠른 처리(반응시간)를 요구함에 따라, 이를 지원하기 위해 프로세서(CPU, GPU), 램(RAM)과 같은 하드웨어 성능이 증가하고 있다.
스마트 기기와 같은 단말장치에서 실행되는 많은 어플리케이션들은 인터액티브 어플리케이션(Interactive Application)으로써 사용자 인터페이스(UI: User Interfaces)를 사용한다. 인터액티브 어플리케이션의 예로는 게임, 웹 브라우징, 이지미 에디터 등이 있다. 인터액티브 어플리케이션에 있어서 반응시간은 매우 중요한 요소들 중 하나이다. 여기서, 어플리케이션의 반응시간은 사용자의 입력과 단말장치의 반응 사이의 시간을 의미한다. 사용자들 사이의 약간의 차이가 있을지라도 일반적인 사용자는 150 ms의 반응시간을 초과할 경우 불편함을 느낀다는 기존 연구 결과가 있다. 따라서, 이와 같은 반응시간 임계값을 만족시키는 것은 매우 중요하다.
또한, 스마트 기기는 멀티태스킹 기능을 제공하므로, 인터액티브 어플리케이션은 여러 개의 백그라운드 어플리케이션과 동시에 실행된다. 이와 같은 환경에서는, 인터액티브 어플리케이션과 백그라운드 어플리케이션이 제한된 프로세스 자원을 공유하여 사용하기 때문에, 더욱이 인터액티브 어플리케이션의 반응시간 임계값을 만족시키기 어려워진다.
한편, 하드웨어 성능이 증가함에 따라 단말장치는 큰 소모전력을 사용하며, 이는 짧은 배터리 수명을 초래하는 문제점이 있다. 이와 관련된 연구로서, DVFS(Dynamic Voltage and Frequency Scaling)은 프로세서의 주파수와 전압을 감소시킴으로써 소모전력을 줄일 수 있는 기법으로써 널리 사용되고 있다.
보다 상세하게, 단말장치는 항상 최고의 프로세스 주파수로 어플리케이션을 처리할 필요가 없으므로, DVFS 기법은 프로세스 주파수를 감소시킴으로써 소모전력을 감소시킬 수 있다. 이 때, 안드로이드 기반의 스마트 기기에서 governor라 불리는 커널 모듈이 프로세서의 주파수를 조정하는 역할을 수행한다.
Performance governor는 프로세서의 주파수를 최고 레벨로 유지하며, Powersave governor는 프로세서의 주파수를 최저 레벨로 유지한다.
Ondemand governor는 프로세서의 로드(load)가 미리 정의된 임계값을 넘어가면 프로세서의 주파수를 최고 레벨로 올리고, 프로세서의 로드가 낮아짐에 따라 프로세서의 주파수를 한 단계씩 낮춘다. Ondemand governor는 많은 안드로이드 기반의 단말장치에서 기본으로 설정되어 동작하는 governor이다.
Interactive governor는 Ondemand governor와 비슷하게 동작하지만, 높은 프로세서의 로드에 대해서는 프로세서의 주파수를 빨리 증가시키고 낮은 프로세서의 로드에 대해서는 프로세서의 주파수를 천천히 감소시킨다. 또한, Interactive governor는 프로세서를 조정하는 것이 최우선 순위로 설정하므로, Ondemand governor에 비해 소모전력 효율이 낮은 반면 반응시간을 향상시킨다.
Conservative governor도 Ondemand governor와 비슷하게 동작하지만 높은 프로세서의 로드에 대해서는 느리게 프로세서의 주파수를 증가시키고 낮은 프로세서의 주파수에 대해서는 빨리 프로세서의 주파수를 감소시킨다. 따라서, Conservative governor는 Ondemand governor에 비해 전력 효율이 좋지만 느린 반응시간을 갖는다.
정리하면, DVFS 기법은 프로세서의 로드를 기준으로 프로세서의 주파수를 조정하지만, 소모전력의 낭비를 초래할 수 있는 단점이 있다. 이는 백그라운드 어플리케이션이 높은 프로세서 로드를 부여할 때 프로세서 주파수를 비효율적으로 증가시키기 때문이다. 또한, 인터액티브 어플리케이션이 실행될 때 빠르게 프로세서 주파수를 증가시키지 못할 경우, 느린 반응시간을 초래할 수 있는 문제점이 있다.
이와 같은 DVFS 기법의 문제점을 해결하기 위해서 많은 연구들이 진행되고 있다. Event-driven DVFS 기법은 인터액티브 어플리케이션의 태스크와 다른 태스크를 구별함으로써, 인터액티브 어플리케이션의 태스크가 실행될 경우에 한해서 프로세스의 주파수를 증가시키는 기법이다. 또한, TSB(Time Slice Based) 기법은 태스크들의 시간 슬라이스(time slice)를 이용하여 프로세서의 주파수를 조정함으로써 실행중인 태스크들의 성능 요구사항을 만족시킨다. 그러나, 이와 같은 기법들은 어플리케이션의 특성을 이용하여 프로세스의 주파수를 조정하는 방식이며, 반응시간에 대한 정보를 직접적으로 이용하지 않는다. 따라서, 느린 반응시간에 대한 사용자들의 불만을 초래할 수 있는 단점이 있다.
반응시간에 대한 사용자들의 불만을 해결하기 위한 방법으로, PARTIC(Power-Aware Response Time Control) 기법은 실행중인 어플리케이션의 반응시간 정보를 이용하여 프로세서의 주파수를 조정한다. 이 때, 반응시간은 사용자의 인터넷 서비스의 사용 내역을 확인함으로써 주기적으로 측정된다. 그러나, 스마트 기기에서 실행되는 많은 어플리케이션들 중에서 인터넷 서비스를 이용하지 않는 경우에 PARTIC 기법을 적용할 수 없는 문제점이 있다.
또한, HAPPE(Human and Application driven frequency scaling for Processor Power Efficiency) 기법은 각각의 어플리케이션과 사용자에 따라 프로세서의 주파수를 조정한다. 이를 위해, HAPPE 기법은 사용자와 어플리케이션에 따른 주파수 프로파일을 필요로 한다. 또한, HAPPE는 사용자가 자신의 경험을 토대로 수동적으로 화면에 입력을 해야 한다. 예를 들어, 빠른 반응시간을 위해서 performance key를 누름으로써 프로세서의 주파수를 증가시키고 소모전력을 줄이기 위해서 power key를 누름으로써 프로세서의 주파수를 감소시킨다.
그리고, 스케줄러가 반응시간에 미치는 영향을 분석하기 위한 많은 연구들이 진행되었다.
CFS(Completely Fair Scheduler)는 안드로이드 기반의 스마트 기기에서 사용되는 스케줄러다. CFS의 목표는 태스크들의 가중치에 비례하여 공평성을 유지시키는 것이다. CFS 스케줄러에서 각 태스크의 가중치는 우선권값과 대응되는 nice 값에 의해 결정된다. 낮은 nice 값은 높은 우선권값과 비례하며, nice value는 [-20,19] 사이의 정수를 갖는다. 태스크의 nice value가 1만큼 감소될 때 해당 태스크의 가중치는 1.25배 증가한다. 안드로이드 기반의 스마트 기기에서 CFS는 실행되는 모든 어플리케이션에 기본값으로 nice value 0을 할당한다. CFS는 특정 주기(period)내에서 태스크들에게 nice value에 비례하는 자원을 할당하여 라운드 로빈과 같은 방식으로 동작한다. 또한, CFS는 virtual runtime 스케줄러다. Red-black tree를 이용함으로써 태스크들은 virtual runtime의 오름차순으로 tree의 왼쪽에서 오른쪽으로 정렬된다. CFS는 red-black tree의 왼쪽에 정렬된 태스크부터 처리한다.
그리고, VT-CFS(VirTual runtime-based CFS)는 인터액티브 태스크의 우선권을 증가시킴으로써 반응시간을 향상시키는 기술로, 태스크들을 처리할 때 소모전력을 고려하지 않았다.
위에서 설명된 모든 연구들은 소모전력 또는 반응시간을 향상시키기 위해 DVFS와 스케줄러를 시용하였으나, 소모전력과 반응시간을 동시에 향상시키는 기술은 개발된 것이 없다.
상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명에서는 단말장치에서 실행되는 인터액티브 어플리케이션에 대한 사용자의 반응시간 만족도를 유지하면서 소모전력을 감소시킬 수 있는 단말장치 및 이의 제어방법을 제안하고자 한다.
본 발명의 다른 목적들은 하기의 실시예를 통해 당업자에 의해 도출될 수 있을 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 단말장치 내의 프로세서의 주파수 및 상기 단말장치에서 실행되는 인터액티브 어플리케이션의 우선권값을 변수로 하는 상기 인터액티브 어플리케이션의 반응시간을 설정하는 반응시간 설정부; 디폴트된 우선권값에 기초하여, 상기 반응시간이 기 설정된 반응시간 임계값을 초과하지 않도록 하는 상기 프로세서의 주파수를 결정하는 주파수 결정부; 상기 결정된 주파수에 기초하여, 상기 반응시간이 상기 반응시간 임계값을 초과하지 않도록 하는 우선권값을 결정하는 우선권값 결정부; 및 상기 결정된 주파수 및 상기 결정된 우선권값에 기초하여 상기 인터액티브 어플리케이션을 실행하는 실행부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 단말장치가 제공된다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 단말장치 내의 프로세서의 주파수 및 상기 단말장치에서 실행되는 인터액티브 어플리케이션의 우선권값을 변수로 하는 상기 인터액티브 어플리케이션의 반응시간을 설정하는 단계; 디폴트된 우선권값에 기초하여, 상기 반응시간이 기 설정된 반응시간 임계값을 초과하지 않도록 하는 상기 프로세서의 주파수를 결정하는 단계; 상기 결정된 주파수에 기초하여, 상기 반응시간이 상기 반응시간 임계값을 초과하지 않도록 하는 우선권값을 결정하는 단계; 및 상기 결정된 주파수 및 상기 결정된 우선권값에 기초하여 상기 인터액티브 어플리케이션을 실행하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 단말장치의 제어방법이 제공된다.
본 발명에 따르면, 단말장치에서 실행되는 인터액티브 어플리케이션에 대한 사용자의 반응시간 만족도를 유지하면서 소모전력을 감소시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 단말장치의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 단말장치의 제어방법을 도시한 도면이다.
도 3에서는 본 발명이 일 실시예에 따른 단말장치(100)의 제어방법에 대한 슈도 코드를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 서비스 시간의 성립여부를 실측 값과 비교한 결과를 도시한 도면이다.
도 5 내지 도 7은 본 발명에 따른 선점 지연 시간이 성립여부를 실측 값과 비교해놓은 것이다.
도 8 및 도 9는 Ondemand governor, HAPPE 및 본 발명에 따른 제어 방법을 통해 스마트 기기가 제어될 때, 인터액티브 어플리케이션의 반응시간과 소모전력 측정을 비교한 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 단말장치의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 단말장치(100)는 반응시간 설정부(110), 주파수 결정부(120), 우선권값 결정부(130) 및 실행부(140)를 포함한다.
그리고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 단말장치의 제어방법을 도시한 도면이다.
이하, 도 1 및 도 2를 참조하여, 단말장치(100)의 구성요소 별 기능 및 각 단계 별로 수행되는 과정을 상세하게 설명한다.
단계(210)에서, 반응시간 설정부(110)는 인터액티브 어플리케이션의 반응시간(반응시간 모델)을 설정한다. 앞서 설명한 바와 같이, 인터액티브 어플리케이션의 반응시간은 사용자의 입력과 단말장치의 반응 사이의 시간을 의미한다.
여기서, 인터액티브 어플리케이션의 반응시간은 서비스 시간, 선점 지연 시간, 스케줄링 지연(scheduling latency) 시간 및 대기 시간으로 구성될 수 있으며, 이는 아래의 수학식 1와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112014062435874-pat00001
여기서,
Figure 112014062435874-pat00002
는 반응시간,
Figure 112014062435874-pat00003
는 서비스 시간,
Figure 112014062435874-pat00004
는 선점 지연 시간,
Figure 112014062435874-pat00005
는 스케줄링 지연 시간,
Figure 112014062435874-pat00006
는 대기 지연 시간을 각각 의미한다.
이하, 각각의 시간에 대해 보다 상세하게 설명한다.
먼저, 서비스 시간은 인터액티브 어플리케이션이 프로세서로부터 서비스 받는 시간을 의미한다. 이 때, 서비스 시간의 프로세서의 주파수의 함수이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 서비스 시간(
Figure 112014062435874-pat00007
)은 아래의 수학식 2과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112014062435874-pat00008
여기서,
Figure 112014062435874-pat00009
는 프로세서의 주파수,
Figure 112014062435874-pat00010
는 프로세서의 주파수에 영향을 받는 인터액티브 어플리케이션의 태스크(
Figure 112014062435874-pat00011
)의 제1 처리량,
Figure 112014062435874-pat00012
는 프로세서의 주파수에 영향을 받지 않는 인터액티브 어플리케이션의 태스크의 제2 처리량을 각각 의미한다.
다음으로, 선점 지연 시간은 인터액티브 어플리케이션의 태스크가 실행이 시작되어 종료될 때까지의 필요한 서비스 시간을 프로세서로부터 할당 받은 동안, 다른 태스크에 의해 프로세스의 자원이 선점 당하는(interrupted) 시간을 의미한다. 이 때, 선점 지연 시간은 프로세서의 주파수 및 인터액티브 어플리케이션의 우선권값의 함수이다. 또한, 상기에서 설명한 바와 같이, 우선권값은 인터액티브 어플리케이션의 nice 값(nice value)과 대응되는 것으로서, 낮은 nice 값은 높은 우선권값과 비례하며, nice 값은 [-20,19] 사이의 정수를 갖는다.
또한, 선점 지연 시간은 다른 어플리케이션(백그라운드 어플리케이션)의 태스크에 의해 발생하는 제1 선점 지연 시간 및 단말장치(100)의 시스템 유지에 필요한 태스크에 의해 발생하는 제2 선점 지연 시간을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 선점 지연 시간(
Figure 112014062435874-pat00013
)은 아래의 수학식 3과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112014062435874-pat00014
Figure 112014062435874-pat00015
Figure 112014062435874-pat00016

여기서,
Figure 112014062435874-pat00017
는 제1 선점 지연 시간,
Figure 112014062435874-pat00018
는 제2 선점 지연 시간,
Figure 112014062435874-pat00019
는 인터액티브 어플리케이션의 태스크가 프로세서로부터 처리 받는 중에 다른 태스크와 경쟁하는 비율인 경쟁 비율(competition ratio),
Figure 112014062435874-pat00020
는 인터액티브 어플리케이션의 태스크의 커널에서의 상태가 수면 상태에 있는 비율인 수면 비율(sleep ratio),
Figure 112014062435874-pat00021
는 기준 우선권값과 대응되는 기준 nice 값에 대한 가중치(즉, nice 값이 0인 태스크의 가중치),
Figure 112014062435874-pat00022
는 인터액티브 어플리케이션의 태스크의 우선권값과 대응되는 nice 값에 대한 가중치,
Figure 112014062435874-pat00023
는 정규화된 백그라운드 어플리케이션의 태스크(
Figure 112014062435874-pat00024
)에 대한 평균 프로세서 로드(normalized average processor load of the background application),
Figure 112014062435874-pat00025
는 백그라운드 어플리케이션의 태스크의 집합,
Figure 112014062435874-pat00026
는 백그라운드 어플리케이션의 태스크에게 프로세서의 자원을 할당하여 서비스 받을 수 있는 시간인 타임 슬라이스의 합,
Figure 112014062435874-pat00027
는 인터액티브 어플리케이션의 태스크에게 프로세서의 자원을 할당하여 서비스 받을 수 있는 시간인 타임 슬라이스,
Figure 112014062435874-pat00028
는 단말장치(100)의 시스템 유지에 필요한 태스크에 대한 프로세서 로드의 합,
Figure 112014062435874-pat00029
는 인터액티브 어플리케이션의 태스크에 대한 프로세서 로드를 각각 의미한다.
여기서, 경쟁 비율(
Figure 112014062435874-pat00030
)은 아래의 수학식 4와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112014062435874-pat00031
여기서,
Figure 112014062435874-pat00032
는 단말장치(100) 내의 백그라운드 어플리케이션의 태스크의 집합의 개수,
Figure 112014062435874-pat00033
는 인터액티브 어플리케이션의 태스크의 nice 값,
Figure 112014062435874-pat00034
는 백그라운드 어플리케이션의 태스크의 nice 값을 각각 의미한다.
그리고,
Figure 112014062435874-pat00035
은 아래의 수학식 5과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112014062435874-pat00036
또한,
Figure 112014062435874-pat00037
는 아래의 수학식 6과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112014062435874-pat00038
여기서, p는 CFS의 주기, S는 실행 큐(run-queue)에 있는 태스크들의 집합을 각각 의미한다.
또한,
Figure 112014062435874-pat00039
및
Figure 112014062435874-pat00040
은 아래의 수학식 7와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112014062435874-pat00041
Figure 112014062435874-pat00042

한편, 제1 선점 지연 시간과 제2 선점 지연 시간의 의미에 대해 설명하면 다음과 같다.
백그라운드 어플리케이션의 태스크에 의해 발생하는 제1 선점 지연 시간은 인터액티브 어플리케이션 태스크가 서비스 시간만큼 프로세서로부터 처리 받는 동안
Figure 112014062435874-pat00043
의 수면 시간을 갖는다. 이 수면 시간 동안, 백그라운드 어플리케이션의 태스크는 프로세서로부터 처리 받게 되고, 백그라운드 어플리케이션의 태스크가 처리 받는 시간은
Figure 112014062435874-pat00044
로 구할 수 있다.
백그라운드 어플리케이션의 태스크가 프로세서로부터 처리 받음에 따라 백그라운드 어플리케이션 태스크의 virtual runtime은 증가하지만, 인터액티브 어플리케이션 태스크의 virtual runtime은 증가하지 않기 때문에 virtual runtime의 차이만큼 인터액티브 어플리케이션 태스크가 프로세서의 자원을 독점하여
Figure 112014062435874-pat00045
의 시간만큼 계속 처리 받게 된다.
이를 통해 인터액티브 어플리케이션 태스크가 수면 시간에 있는 동안 백그라운드 어플리케이션에 의해서 선점 당하는 시간은
Figure 112014062435874-pat00046
로 계산할 수 있다.
따라서, 어플리케이션의 태스크에 의해 발생하는 제1 선점 지연 시간은 인터액티브 어플리케이션 태스크가 처리되는 동안 다른 어플리케이션에 의해서 선점 당하는 횟수(
Figure 112014062435874-pat00047
)와 한번 선점되었을 때 선점되는 시간(
Figure 112014062435874-pat00048
)의 곱으로 표현될 수 있다.
또한, 단말장지(100)의 시스템 유지에 필요한 태스크에 의해 발생하는 제2 선점 지연 시간은 항상 선점한다는 특징이 있기 때문에 수학식 2의 맨 아래의 수학식으로 표현될 수 있다.
계속하여, 스케줄링 지연 시간(
Figure 112014062435874-pat00049
)은 태스크가 처음 실행 큐에 들어가서 처음 서비스 받는 데까지 걸리는 시간이고, 대기 지연 시간(
Figure 112014062435874-pat00050
)은 태스크가 서비스를 마쳐서 실행 큐에서 나오고(dequeue) 어플리케이션 실행에 필요한 다른 태스크가 처리되는 시간을 의미한다. 한편, 스케줄링 지연 시간과 대기 지연 시간은 프로세서의 주파수와 인터액티브 어플리케이션의 우선권값(nice 값) 큰 영향을 받지 않기 때문에, 두 요소의 합을 특정한 상수(
Figure 112014062435874-pat00051
)로 정의한다.
계속하여, 단계(220)에서, 주파수 결정부(120)는 디폴트된 우선권값(nice 값)에 기초하여, 인터액티브 어플리케이션의 반응시간이 기 설정된 반응시간 임계값을 초과하지 않도록 하는(아래의 수학식 8 참조) 프로세서의 주파수를 결정한다. 이 때, 디폴트된 우선권값(nice 값)은 가장 높은 우선권값(가장 낮은 nice 값)일 수 있다.
Figure 112014062435874-pat00052
여기서,
Figure 112014062435874-pat00053
는 반응시간 임계값을 의미한다.
즉, 단말장치(100)의 소모전력은 프로세서의 주파수에 비례하기 때문에 프로세서의 주파수를 최소함으로써 단말장치(100)의 소모전력을 최소화 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 주파수 결정부(120)는 프로세서의 주파수에 영향을 받는 인터액티브 어플리케이션의 태스크의 제1 처리량(
Figure 112014062435874-pat00054
), 프로세서의 주파수에 영향을 받지 않는 인터액티브 어플리케이션의 태스크의 제2 처리량(
Figure 112014062435874-pat00055
), 단말장치의 시스템 유지에 필요한 태스크에 대한 프로세서 로드의 합(
Figure 112014062435874-pat00056
), 인터액티브 어플리케이션의 태스크에 대한 프로세서 로드(
Figure 112014062435874-pat00057
), 인터액티브 어플리케이션의 태스크가 프로세서로부터 처리 받는 중에 다른 태스크와 경쟁하는 비율인 경쟁 비율(
Figure 112014062435874-pat00058
), 인터액티브 어플리케이션의 태스크의 디폴트된 우선권값(디폴트된 nice 값)에 대한 가중치(
Figure 112014062435874-pat00059
), 단말장치 내의 백그라운드 어플리케이션의 태스크에 대한 평균 프로세서 로드(
Figure 112014062435874-pat00060
), 백그라운드 어플리케이션의 태스크에게 상기 프로세서의 자원을 할당하여 서비스 받을 수 있는 시간인 타임 슬라이스의 합(
Figure 112014062435874-pat00061
), 인터액티브 어플리케이션의 태스크에게 프로세서의 자원을 할당하여 서비스 받을 수 있는 시간인 타임 슬라이스(
Figure 112014062435874-pat00062
), 및 반응시간 임계값(
Figure 112014062435874-pat00063
) 중 적어도 하나에 기초하여 주파수를 결정할 수 있다.
보다 상세하게, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 주파수 결정부(120)는 아래의 수학식 9에 기초하여 주파수를 결정할 수 있다.
Figure 112014062435874-pat00064
한편, 프로세서의 주파수가 가질 수 있는 값은 연속된 값이 아닌 이산적인 값을 가지는 것이 일반적이므로, 프로세서의 주파수로 선택될 수 있는 값들의 집합을
Figure 112014062435874-pat00065
로 정의하면, 주파수 설정부(120)는 프로세서가 가질 수 있는 이산적인 주파수 집합(
Figure 112014062435874-pat00066
) 중 상기 결정된 주파수보다 큰 최소의 주파수를 인터액티브 어플리케이션을 실행할 프로세서의 주파수로 재결정할 수 있다.
정리하면, 주파수 결정부(120)는 상기의 수학식 8에 기초하여 아래의 수학식 10을 산출하고, 수학식 10에 기초하여 수학식 9를 생성하여 최적의 주파수를 결정할 수 있다.
Figure 112014062435874-pat00067
다음으로, 단계(230)에서, 우선권값 결정부(130)는 상기 결정된 주파수에 기초하여, 인터액티브 어플리케이션의 반응시간이 기 설정된 반응시간 임계값을 초과하지 않도록 하는 우선권값을 결정한다.
즉, 인터액티브 어플리케이션의 우선권값(nice 값)이 작을수록 반응시간은 빨라지지만, 우선권값이 높아져서 상대적으로 백그라운드 어플리케이션이 프로세서로부터 서비스를 적게 받게 된다. 이러한 백그라운드 어플리케이션의 성능 저하를 최소화 하기 위해 반응시간 임계값을 유지하는 내에서 인터액티브 어플리케이션의 우선권값을 가장 작은 값(nice 값을 가장 큰 값)으로 결정한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 우선권값 결정부(130)는, 인터액티브 어플리케이션이 프로세서로부터 서비스 받는 시간인 서비스 시간(
Figure 112014062435874-pat00068
), 인터액티브 어플리케이션의 태스크가 프로세서로부터 처리 받는 중에 다른 태스크와 경쟁하는 비율인 경쟁 비율(
Figure 112014062435874-pat00069
), 단말장치 내의 백그라운드 어플리케이션의 태스크의 집합의 개수(
Figure 112014062435874-pat00070
), 인터액티브 어플리케이션의 태스크의 커널에서의 상태가 수면 상태에 있는 비율인 수면 비율(
Figure 112014062435874-pat00071
), 백그라운드 어플리케이션의 태스크에 대한 평균 프로세서 로드(
Figure 112014062435874-pat00072
), 반응시간 임계값(
Figure 112014062435874-pat00073
), 단말장치의 시스템 유지에 필요한 태스크에 대한 프로세서 로드의 합(
Figure 112014062435874-pat00074
), 및 인터액티브 어플리케이션의 태스크에 대한 프로세서 로드(
Figure 112014062435874-pat00075
) 중 적어도 하나에 기초하여 우선권값을 결정할 수 있다.
보다 상세하게, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 우선권값 결정부(130)는 아래의 수학식 11에 기초하여 우선권값을 결정할 수 있다.
Figure 112014062435874-pat00076
한편, 인터액티브 어플리케이션의 우선권값 즉, nice 값은 [-20, 19]의 범위에 속해있는 정수이기 때문에, nice 값을 최적의 값으로 결정하는 것은 적절하지 않다. 따라서, 우선권값으로 선택될 수 있는 값들의 집합을
Figure 112014062435874-pat00077
로 정의하면, 우선권값 결정부(130)는 우선권값이 가질 수 있는 이산적인 우선권값 집합 중 상기 결정된 우선권값보다 작은 최대의 우선권값을 인터액티브 어플리케이션의 우선권값으로 재결정할 수 있다.
정리하면, 우선권값 결정부(130)는 상기의 수학식 8에 기초하여 아래의 수학식 12를 산출하고, 수학식 12에 기초하여 수학식 11을 생성하여 최적의 우선권값을 결정할 수 있다.
Figure 112014062435874-pat00078
여기서,
Figure 112014062435874-pat00079
를 의미한다.
마지막으로, 단계(240)에서, 실행부(240)는 상기 결정된 주파수 및 상기 결정된 우선권값에 기초하여 상기 인터액티브 어플리케이션을 실행한다.
한편, 도 3에서는 본 발명이 일 실시예에 따른 단말장치(100)의 제어방법에 대한 슈도 코드를 도시하고 있다.
요컨대, 본 발명의 일 실시예에 따른 단말장치(100)는 프로세서의 주파수와 인터액티브 어플리케이션의 우선권값을 동시에 조정하는 기법을 적용함으로써, 기존 기법인 Ondemand governor, HAPPE 기법 등과 비교하여 소모전력과 반응시간 측면에서 뛰어난 성능을 기대할 수 있다. 또한, 기존 기법들은 소모전력과 반응시간을 동시에 향상시킬 수 없다는 단점을 가지지만, 본 발명에 따르면, 반응시간 모델에 근거하여 반응시간 임계값을 만족시키면서 소모전력을 최소화할 수 있는 장점이 있다.
이하, 도 4 내지 도 9를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 단말장치(100)의 시뮬레이션 결과에 대해 설명하기로 한다.
도 4는 상기한 수학식 1(서비스 시간)의 성립여부를 실측 값과 비교한 결과를 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 40%의 프로세서 로드를 만들어내는 프로세서 스트레스 어플리케이션을 백그라운드 어플리케이션으로 실행시켰고, 백그라운드 어플리케이션의 개수와 상관없이 실측 값과 수학식 1의 결과가 유사한 것을 확인할 수 있다.
도 5 내지 도 7은 상기한 수학식 2(선점 지연 시간)이 성립여부를 실측 값과 비교해놓은 것이다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 백그라운드 어플리케이션의 개수가 각각 0개, 1개 2개일 때 실측 값과 수학식 2의 결과를 비교하였는데, 백그라운드 어플리케이션의 개수와 상관없이 실측 값과 수학식 2가 유사한 것을 확인할 수 있다.
도 8 및 도 9는 Ondemand governor, HAPPE 및 본 발명에 따른 제어 방법("REP"라 호칭함)을 통해 스마트 기기가 제어될 때, 인터액티브 어플리케이션의 반응시간과 소모전력 측정을 비교한 도면이다.
HAPPE의 경우 사용자마다 반응시간에 대한 임계값이 다르다고 가정하였으나, 실험을 진행할 때는 사용자가 원하는 정도가 본 발명에 따른 제어방법의 반응시간 임계값과 동일(150 ms)하다는 가정하에 실험을 수행하였다.
Ondemand governor는 sampling rate 기본값이 50 ms이고, HAPPE는 1000 ms 이기 때문에 이 값을 기준으로 실험을 진행하였고, sampling rate에 따른 실험 결과 분석을 하기 위해 50 ms, 100 ms, 500 ms 및 1000 ms에 대하여 결과값을 구하여 다른 알고리즘과 비교하였다. 이 때, 40%의 프로세서 로드를 만들어내는 프로세서 스트레스 어플리케이션을 백그라운드 어플리케이션으로 실행시켰고, 개수를
Figure 112014062435874-pat00080
로 나타내고, 개수를 변경하면서 실험을 수행하였다.
도 8는 인터액티브 어플리케이션의 반응시간에 대한 실험 결과를 나타낸다. Ondemand governor의 경우 백그라운드 어플리케이션이 동작하지 않을 때를 제외하고는 반응시간 임계값을 모두 넘었고, HAPPE의 경우 백그라운드 어플리케이션이 2개가 넘어갈 경우 반응시간 임계값을 만족하지 못하였다. 본 발명의 경우, sampling rate에 상관없이 백그라운드 어플리케이션이 2개가 동작할 때도 반응시간 임계값을 넘지 않는 것을 알 수 있다. Ondemand governor와 비교해볼 경우,
Figure 112014062435874-pat00081
인 경우 오히려 성능이 떨어지는 것으로 보이지만, 이는 실제로 사용자들이 인지할 수 없는 차이이며, 사용자들이 인지할 수 없을 만큼만 반응시간을 의도적으로 늘리는 대신 소모전력 측면에서 큰 이득을 얻을 수 있다. HAPPE와 비교해볼 경우
Figure 112014062435874-pat00082
,
Figure 112014062435874-pat00083
일 때는 큰 차이가 없는데. 이는 두 알고리즘 모두 반응시간을 사용자가 불편함을 느끼지 않는 수준으로 유지하고 소모전력을 최적화하기 때문이다.
Figure 112014062435874-pat00084
인 경우 반응시간에서 HAPPE보다 큰 이득이 있다.
도 9는 스마트 기기의 소모전력에 대한 실험 결과를 나타낸 도면이다.
본 발명의 경우, sampling rate가 커질수록 더 많은 이득을 낸다. 이 차이를 알아보기 위해서 sampling rate가 50 ms와 1000 ms일 때의 값의 차를 비교하면,
Figure 112014062435874-pat00085
,
Figure 112014062435874-pat00086
,
Figure 112014062435874-pat00087
인 경우 각각 차이값이 225.56 mW, 185.61 mW, 70.62 mW로 큰 차이를 나타냈다. 이는 sampling rate값이 작은 경우 상대적으로 큰 오버헤드를 갖기 때문에 성능에 저하를 가지고 올 수 있기 때문이다.
Ondemand governor와 비교 시 sampling rate값이 클 수록 더 큰 이득을 얻을 수 있지만,
Figure 112014062435874-pat00088
인 경우를 제외하고는 모든 sampling rate에 대해서 소모전력 이득이 있음을 알 수 있다.
HAPPE와 비교 시
Figure 112014062435874-pat00089
인 경우, sampling rate가 작은 50 ms와 100 ms 일 때는 소모전력을 더 사용하지만, 500 ms와 1000 ms인 경우 동일한 성능을 갖는다. 이는 앞서 언급한 것과 같이 이는 sampling rate값이 작은 경우 상대적으로 큰 오버헤드를 갖기 때문이다.
Figure 112014062435874-pat00090
,
Figure 112014062435874-pat00091
인 경우 sampling rate와 관계없이 항상 소모전력 이득을 갖는다.
본 발명과 HAPPE 모두 같은 반응시간을 기준으로 소모전력에서 이득이 있지만 본 발명의 소모전력이 더 큰 이유는 인터액티브 어플리케이션의 nice 값을 동시에 조정함으로써 반응시간에도 변화를 주기 때문이다. 이러한 반응시간의 이득을 통해서 좀 더 많은 소모전력 이득을 얻을 수 있다.
또한 앞서 설명한 기술적 내용들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예들을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 하드웨어 장치는 실시예들의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (9)

  1. 단말장치 내의 프로세서의 주파수 및 상기 단말장치에서 실행되는 인터액티브 어플리케이션의 우선권값을 변수로 하는 상기 인터액티브 어플리케이션의 반응시간을 설정하는 반응시간 설정부;
    디폴트된 우선권값에 기초하여, 상기 반응시간이 기 설정된 반응시간 임계값을 초과하지 않도록 하는 상기 프로세서의 주파수를 결정하는 주파수 결정부;
    상기 결정된 주파수에 기초하여, 상기 반응시간이 상기 반응시간 임계값을 초과하지 않도록 하는 우선권값을 결정하는 우선권값 결정부; 및
    상기 결정된 주파수 및 상기 결정된 우선권값에 기초하여 상기 인터액티브 어플리케이션을 실행하는 실행부;를 포함하되,
    상기 프로세서의 주파수가 이산적인 값을 가지는 경우, 상기 주파수 결정부는 상기 프로세서가 가질 수 있는 이산적인 주파수 집합 중 상기 결정된 주파수보다 큰 최소의 주파수를 상기 인터액티브 어플리케이션을 실행할 프로세서의 주파수로 재결정하는 것을 특징으로 하는 단말장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 인터액티브 어플리케이션의 반응시간은 상기 프로세서의 주파수의 함수인 서비스 시간 및 상기 프로세서의 주파수와 상기 인터액티브 어플리케이션의 우선권값의 함수인 선점 지연 시간을 포함하되,
    상기 서비스 시간은 상기 인터액티브 어플리케이션이 상기 프로세서로부터 서비스 받는 시간을 의미하고,
    상기 선점 지연 시간은 상기 인터액티브 어플리케이션의 태스크가 실행이 시작되어 종료될 때까지의 필요한 서비스 시간을 상기 프로세서로부터 할당 받은 동안, 다른 태스크에 의해 상기 프로세서의 자원이 선점 당하는 시간인 것을 특징으로 하는 단말장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 주파수 결정부는, 상기 프로세서의 주파수에 영향을 받는 상기 인터액티브 어플리케이션의 태스크의 제1 처리량, 상기 프로세서의 주파수에 영향을 받지 않는 상기 인터액티브 어플리케이션의 태스크의 제2 처리량, 상기 단말장치의 시스템 유지에 필요한 태스크에 대한 프로세서 로드의 합, 상기 인터액티브 어플리케이션의 태스크에 대한 프로세서 로드, 상기 인터액티브 어플리케이션의 태스크가 상기 프로세서로부터 처리 받는 중에 다른 태스크와 경쟁하는 비율인 경쟁 비율, 상기 인터액티브 어플리케이션의 태스크의 커널에서의 상태가 수면 상태에 있는 비율인 수면 비율, 상기 인터액티브 어플리케이션의 태스크의 디폴트된 우선권값에 대한 가중치, 상기 단말장치 내의 백그라운드 어플리케이션의 태스크에 대한 평균 프로세서 로드, 상기 백그라운드 어플리케이션의 태스크에게 상기 프로세서의 자원을 할당하여 서비스 받을 수 있는 시간인 타임 슬라이스의 합, 상기 인터액티브 어플리케이션의 태스크에게 상기 프로세서의 자원을 할당하여 서비스 받을 수 있는 시간인 타임 슬라이스, 및 상기 반응시간 임계값 중 적어도 하나에 기초하여 상기 주파수를 결정하는 것을 특징으로 하는 단말장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 주파수 결정부는 아래의 수학식에 기초하여 상기 주파수를 결정하는 것을 특징으로 하는 단말장치.

    Figure 112014062435874-pat00092


    여기서,
    Figure 112014062435874-pat00093
    는 상기 결정된 주파수,
    Figure 112014062435874-pat00094
    는 상기 제1 처리량,
    Figure 112014062435874-pat00095
    는 상기 제2 처리량,
    Figure 112014062435874-pat00096
    는 상기 단말장치의 시스템 유지에 필요한 태스크에 대한 프로세서 로드의 합,
    Figure 112014062435874-pat00097
    는 상기 인터액티브 어플리케이션의 태스크(
    Figure 112014062435874-pat00098
    )에 대한 프로세서 로드,
    Figure 112014062435874-pat00099
    는 상기 경쟁 비율,
    Figure 112014062435874-pat00100
    는 상기 수면 비율,
    Figure 112014062435874-pat00101
    는 상기 인터액티브 어플리케이션의 태스크의 디폴트된 우선권값과 대응되는 nice 값에 대한 가중치,
    Figure 112014062435874-pat00102
    는 기준 우선권값과 대응되는 기준 nice 값에 대한 가중치,
    Figure 112014062435874-pat00103
    는 상기 백그라운드 어플리케이션의 태스크(
    Figure 112014062435874-pat00104
    )에 대한 평균 프로세서 로드,
    Figure 112014062435874-pat00105
    는 상기 백그라운드 어플리케이션의 태스크의 집합,
    Figure 112014062435874-pat00106
    는 상기 백그라운드 어플리케이션의 태스크에게 상기 프로세서의 자원을 할당하여 서비스 받을 수 있는 시간인 타임 슬라이스의 합,
    Figure 112014062435874-pat00107
    는 상기 인터액티브 어플리케이션의 태스크에게 상기 프로세서의 자원을 할당하여 서비스 받을 수 있는 시간인 타임 슬라이스, 상기
    Figure 112014062435874-pat00108
    는 상기 반응시간 임계값,
    Figure 112014062435874-pat00109
    는 상수를 의미함.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 우선권값 결정부는, 상기 인터액티브 어플리케이션이 상기 프로세서로부터 서비스 받는 시간인 서비스 시간, 상기 인터액티브 어플리케이션의 태스크가 상기 프로세서로부터 처리 받는 중에 다른 태스크와 경쟁하는 비율인 경쟁 비율, 상기 단말장치 내의 백그라운드 어플리케이션의 태스크의 집합의 개수, 상기 인터액티브 어플리케이션의 태스크의 커널에서의 상태가 수면 상태에 있는 비율인 수면 비율, 상기 백그라운드 어플리케이션의 태스크에 대한 평균 프로세서 로드, 상기 반응시간 임계값, 상기 단말장치의 시스템 유지에 필요한 태스크에 대한 프로세서 로드의 합, 및 상기 인터액티브 어플리케이션의 태스크에 대한 프로세서 로드 중 적어도 하나에 기초하여 상기 우선권값을 결정하는 것을 특징으로 하는 단말장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 우선권값 결정부는 아래의 수학식에 기초하여 상기 우선권값을 결정하는 것을 특징으로 하는 단말장치.

    Figure 112014062435874-pat00110


    여기서,
    Figure 112014062435874-pat00111
    는 상기 결정된 우선권값과 대응되는 nice 값,
    Figure 112014062435874-pat00112
    는 상기 서비스 시간,
    Figure 112014062435874-pat00113
    는 상기 경쟁 비율,
    Figure 112014062435874-pat00114
    는 상기 백그라운드 어플리케이션의 태스크,
    Figure 112014062435874-pat00115
    는 상기 백그라운드 어플리케이션의 태스크의 집합,
    Figure 112014062435874-pat00116
    는 상기 백그라운드 어플리케이션의 태스크의 집합의 개수,
    Figure 112014062435874-pat00117
    는 상기 수면 비율,
    Figure 112014062435874-pat00118
    는 상기 백그라운드 어플리케이션의 태스크(
    Figure 112014062435874-pat00119
    )에 대한 평균 프로세서 로드,
    Figure 112014062435874-pat00120
    는 상기 반응시간 임계값,
    Figure 112014062435874-pat00121
    는 상수,
    Figure 112014062435874-pat00122
    는 상기 단말장치의 시스템 유지에 필요한 태스크에 대한 프로세서 로드의 합,
    Figure 112014062435874-pat00123
    는 상기 인터액티브 어플리케이션의 태스크(
    Figure 112014062435874-pat00124
    )에 대한 프로세서 로드,
    Figure 112014062435874-pat00125
    는 상기 결정된 주파수,
    Figure 112014062435874-pat00126
    는 상기 프로세서의 주파수에 영향을 받는 상기 인터액티브 어플리케이션의 태스크의 제1 처리량,
    Figure 112014062435874-pat00127
    는 상기 프로세서의 주파수에 영향을 받지 않는 상기 인터액티브 어플리케이션의 태스크의 제2 처리량을 각각 의미함.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 우선권값이 이산적인 값을 가지는 경우, 상기 우선권값 결정부는 상기 우선권값이 가질 수 있는 이산적인 우선권값 집합 중 상기 결정된 우선권값보다 작은 최대의 우선권값을 상기 인터액티브 어플리케이션의 우선권값으로 재결정하는 것을 특징으로 하는 단말장치.
  9. 단말장치 내의 프로세서의 주파수 및 상기 단말장치에서 실행되는 인터액티브 어플리케이션의 우선권값을 변수로 하는 상기 인터액티브 어플리케이션의 반응시간을 설정하는 단계;
    디폴트된 우선권값에 기초하여, 상기 반응시간이 기 설정된 반응시간 임계값을 초과하지 않도록 하는 상기 프로세서의 주파수를 결정하는 단계;
    상기 결정된 주파수에 기초하여, 상기 반응시간이 상기 반응시간 임계값을 초과하지 않도록 하는 우선권값을 결정하는 단계; 및
    상기 결정된 주파수 및 상기 결정된 우선권값에 기초하여 상기 인터액티브 어플리케이션을 실행하는 단계;를 포함하되,
    상기 프로세서의 주파수가 이산적인 값을 가지는 경우, 상기 주파수를 결정하는 단계는 상기 프로세서가 가질 수 있는 이산적인 주파수 집합 중 상기 결정된 주파수보다 큰 최소의 주파수를 상기 인터액티브 어플리케이션을 실행할 프로세서의 주파수로 재결정하는 것을 특징으로 하는 단말장치의 제어방법.
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