KR20190093455A - 가상 데드라인 위반 없이 프로세서의 반응성을 개선하기 위한 태스크 스케줄링 방법 - Google Patents

Abstract

가상 데드라인 (virtual deadline, VD) 위반 문제가 발생할 태스크를 우선적으로 처리하기 위한 지표인 VL (Virtual Laxity)을 VD와 함께 사용하여 멀티 코어 환경에서도 VD 위반 문제없이 태스크 스케줄링 알고리즘의 복잡도를 줄여 프로세서의 반응성을 높이기 위한 태스크 스케줄링 방법에 관한 것으로서, 태스크 스케줄링이 시작되면 스케줄링 대기열에 VD 위반 문제가 발생할 태스크가 있는지 확인하는 단계와 상기 확인 결과, VD 위반 문제가 발생할 태스크가 있을 경우 해당 태스크를 먼저 수행하는 단계; 및 상기 확인 결과, VD 위반 문제가 발생할 태스크가 없을 경우 가장 빠른 VD의 태스크를 먼저 수행하는 단계를 포함하여, 가상 데드라인 위반 없이 프로세서의 반응성을 개선하기 위한 태스크 스케줄링 방법을 구현한다.

Description

가상 데드라인 위반 없이 프로세서의 반응성을 개선하기 위한 태스크 스케줄링 방법 {Task scheduling method for an improved responsiveness of processors without the violations of virtual deadlines}

본 발명은 가상 데드라인 위반 없이 프로세서의 반응성을 개선하기 위한 태스크 (task) 스케줄링 방법에 관한 것으로, 특히 가상 데드라인 (virtual deadline, VD) 위반 문제가 발생할 태스크를 우선적으로 처리하기 위한 지표인 VL (Virtual Laxity)을 태스크 스케줄링 알고리즘의 복잡도를 줄이는 VD와 함께 사용하여 VD 위반 문제없이 프로세서의 반응성을 높이는 태스크 스케줄링 방법에 관한 것이다.

사용자 입력에 대해 단말장치가 적합한 반응을 하는데까지 걸리는 시간을 의미하는 반응성 (responsiveness)을 (비 특허문헌 1 참조) 중요한 성능 지표로 사용하는 사용자 인터페이스 (user interface, UI)와 같은 응용이 최근 각광받으면서 프로세서의 반응성을 향상시키기 위한 스케줄러의 중요성이 커지고 있다.

기존 CFS (Completely Fair Scheduler) 알고리즘은 가상 런타임이 가장 작은 태스크에 리소스를 할당한다 (비 특허문헌 2 참조).

그러나 이 정책은 나눗셈 연산으로 인해 반응성이 떨어지는 문제를 가진다.

BFS 스케줄러의 (비 특허문헌 3 참조) EVDF (Earliest Virtual Deadline First) 알고리즘은 (비 특허문헌 4 참조) 이러한 문제를 해결하기 위해 제안된 방법으로 나눗셈 연산을 발생시키는 원인인 각 태스크에 대한 가중치 연산을 역수로 취하여 나눗셈 문제를 제거한다.

그러나 EVDF는 멀티코어 환경에서 사용 시 가상 데드라인을 위반하여 전체 응답시간을 증가시키는 문제를 가진다.

이러한 문제는 실시간 도메인에서 가장 대표적으로 사용되는 EDF (Earliest Deadline First) (비 특허문헌 5 참조) 알고리즘에서 유사하게 나타난다.

EDF는 단일 프로세서 시스템에서는 최적의 태스크 스케줄링 방법으로 유명하지만 멀티코어 시스템에서는 데드라인 위반 문제가 발생한다.

EDF의 데드라인 위반 문제를 해결하기 위한 방법으로는 LLF (Least Laxity First)와 EDZL (Earliest Deadline Zero Laxity) 알고리즘 (비 특허문헌 6 및 7 참조)이 있으며, 데드라인 위반 문제가 발생할 태스크를 우선적으로 처리하는 방법을 통해 위 문제를 해결한다.

(비 특허문헌 1) A. Ng et al., "Design for Low-Latency Direct-Touch Input," In Proc. of ACM UIST'12, pp. 453-464, Oct. 2012. (비 특허문헌 2) T. Li et al., "Efficient and Scalable Multiprocessor Fair Scheduling Using Distributed Weighted Round-Robin," in Proc. of the ACM Symp. on Principles and Practice of Parallel Programming (PPoPP), pp. 65-74, Feb. 2009. (비 특허문헌 3) T. Groves et al. (2009). "BFS vs. CFS. Scheduler Comparison," The University of New Maxico, http://cs.unm.edu/~eschulte/classes/cs587/data/bfsv-cfs_groves-knockel-schulte.pdf (accessed Jan. 5, 2017). (비 특허문헌 4) Y. J. Choi and H.-M. Kim, "A New Scheduling Scheme for High-Speed Packet Networks: Earliest Virtual Deadline First," Comput. Commun. Elsevier J., Vol. 30, No. 10, pp. 2291-2300, July, 2007. (비 특허문헌 5) C. L. Liu and J. W. Layland, "Scheduling Algorithms for Multiprogramming in a Hard-Real-Time Environment," J. ACM, Vol. 20, No. 1, pp. 46-61, Jan. 1973. (비 특허문헌 6) M. L. Dertouzos and A. K. Mok, "Multiprocessor On-Line Scheduling of Hard-Real-Time Tasks," IEEE Trans. Software Engineering, Vol. 15, No. 12, pp. 1497-1506, Dec. 1989. (비 특허문헌 7) S. K. Lee, "On-Line Multiprocessor Scheduling Algorithms for Real-Time Tasks," in Proc. of the IEEE Region 10's Ninth Ann. Int'l Conf., pp. 607-611, Aug. 1994

그러나 상기와 같은 데드라인 위반 문제가 발생할 태스크를 우선적으로 처리하는 방법을 사용하는 LLF(least laxity first)와 EDZL(earliest deadline zero laxity) 알고리즘은 비실시간 처리 시스템에서는 사용이 용이하지 않다는 단점이 있다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래기술에서 발생하는 제반 문제점을 해결하기 위해서 제안되었으며, 실시간 시스템에서 사용하는 데드라인이 아닌 비실시간 처리 시스템에서 사용하는 VD를 사용하여 태스크 스케줄링 알고리즘의 복잡도를 줄이고 VD 위반문제가 발생할 태스크를 우선적으로 처리하기 위한 지표인 VL을 새롭게 제안하여 멀티코어 환경에서도 VD 위반 문제없이 반응성을 개선하는 태스크 스케줄링 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 태스크 스케줄링 방법은, (a) 태스크 스케줄링이 시작되면 스케줄링 대기열에서 VD 위반 문제가 발생할 태스크가 있는지 확인하는 단계; (b) 상기 (a) 단계의 확인 결과, VD 위반 문제가 발생할 태스크가 존재할 경우, 해당 태스크를 먼저 처리하여 VD 위반을 회피하는 단계; (c) VD 위반 문제가 발생할 태스크가 존재하지 않을 경우, 가장 빠른 VD를 먼저 처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 태스크 스케줄링 방법을 EVDZL (Earliest Virtual Deadline Zero Laxity) 스케줄링 방법이라 정의하며, 태스크 스케줄링 알고리즘의 복잡도를 줄이기 위한 VD와 VD 위반 문제가 발생할 경우 해당 태스크를 우선적으로 처리하기 위한 지표인 VL을 함께 사용하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면 태스크 스케줄링 알고리즘의 복잡도를 줄이기 위한 VD와 VD 위반 문제가 발생할 태스크를 우선적으로 처리하기 위한 지표인 VL을 함께 사용하여, VD 위반 문제없이 태스크 스케줄링 알고리즘의 복잡도를 줄이고, 이를 통해 프로세서의 반응성 향상을 도모할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 VD 위반 없이 프로세서의 반응성을 개선하기 위한 스케줄링 방법을 보인 흐름도,
도 2는 본 발명에 적용되는 EVDZL 알고리즘,
도 3은 기존 EVDF 알고리즘으로 스케줄링시 VD 위반 문제 예시도,
도 4는 본 발명에 따른 EVDZL 알고리즘으로 스케줄링시 VD 위반 해결 예시도.

VD 위반 없이 프로세서의 반응성을 개선하기 위한 태스크 스케줄링 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 상기 EVDZL 알고리즘을 보인 흐름도로서, (a) 태스크 스케줄링이 시작되면 스케줄링 대기열에 VD 위반 문제가 발생할 태스크가 있는지 확인하는 단계 (S10), (b) 상기 (a) 단계의 확인 결과, VD 위반 문제가 발생할 태스크가 있을 경우 해당 태스크를 먼저 수행하는 단계 (S20), (c) 상기 (a) 단계의 확인 결과, VD 위반 문제가 발생할 태스크가 없으면 가장 빠른 VD의 태스크를 먼저 수행하는 단계 (S30)를 포함한다.

EVDZL은 VD를 이용하여 CFS 알고리즘의 복잡성을 낮추고 멀티 코어 도메인을 고려한 VL을 통해 VD의 위반을 방지함으로써 프로세서의 반응성을 향상시킨다.

이를 좀 더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

기존 CFS 알고리즘은 하기의 [수학식 1]에 따라 가상 런타임을 이용하여 각 태스크에 자원을 공평하게 할당하기 때문에 널리 사용되어 왔다. 가상 런타임은 공정한 스케줄링을 위해서 각 태스크의 가중치뿐만 아니라 각 태스크의 실행 시간도 고려한다. 그러나 상기 [수학식 1]은 계산 시 나눗셈 연산이 필요하므로 스케줄링 복잡도가 증가한다.

VR(τ_i,t)는 시간 t에서 τ_i 태스크의 가상 런타임이고, ω₀는 우선순위가 0 인 태스크의 가중치이며, W(τ_i)는 태스크 τ_i의 가중치이고, A(τ_i,t)는 시간 t에서 태스크 τ_i의 실행 시간이다.

상기 CFS의 스케줄링 복잡성을 줄이고 응답성을 향상시키기 위해 EVDF 알고리즘에 기반한 BFS 스케줄러가 제안되었다. EVDF 알고리즘은 하기 [수학식 2]에서 보듯이 태스크의 우선순위에 비례하는 VD를 도입하여 상기 [수학식 1]의 나눗셈을 회피한다.

VD(τ_i,t)는 시간 t에서 τ_i 태스크의 가상 데드라인이고, π(τ_i)는 우선순위 태스크 τ_i이고, RR_i는 라운드 로빈 간격이다.

그러나 EVDF 알고리즘은 가상 데드라인 위반까지 남아있는 시간을 고려하지 않고 가장 빠른 VD를 가진 태스크를 실행하므로 멀티코어 시스템에서는 VD를 위반하여 전체 응답시간을 증가시키는 문제가 발생할 수 있다.

실시간 도메인에서 널리 사용되는 EDF 알고리즘에서도 비슷한 문제가 발생하며, 이 문제는 LLF 알고리즘에서 데드라인까지 남은 시간이 가장 적은 태스크를 먼저 수행하는 방식을 통해 해결한다. 하지만 LLF 알고리즘은 빈번한 작업 전환으로 인한 오버헤드가 있어 EDF와 LLF의 장점을 결합한 EDZL 알고리즘이 연구되었다. EDZL 알고리즘은 기본적으로 데드라인을 기준으로 태스크를 실행하고 데드라인을 위반할 수 있는 태스크를 발견할 때만 해당 태스크를 먼저 처리하여 데드라인 위반 문제를 해결하면서도 작업 전환으로 인한 오버헤드를 최소화한다.

그러나 비실시간 도메인에서는 데드라인 개념이 없어 EDZL 알고리즘을 사용할 수 없으므로 본 발명에서는 VD 종료까지의 시간 여유를 나타내는 하기의 [수학식 3] 과 같은 VL을 제안한다 (EVDZL 알고리즘, 도 2 참조). 이러한 VL은 EVDF 알고리즘과 관련된 VD 위반을 피하기 위해 사용될 수 있다.

여기서, VL(τ_i,t)는 시간 t에서 τ_i 태스크의 VL이고, e(τ_i,t)는 시간 t에서 태스크 τ_i의 남아있는 작업 시간을 뜻한다.

도 3 및 도 4는 멀티 코어 환경에서 EVDF 및 EVDZL 알고리즘의 동작을 보인 것이다. 태스크 τ1, τ2, τ3의 VD는 각각 2, 3, 1이라 가정하고, 시간 0에서의 VL은 각각 1, 0, 0이라 가정한다.

도 3의 EVDF 알고리즘에서, τ2의 VL이 0일지라도 τ1의 VD가 τ2보다 더 빠르므로 τ1이 먼저 스케줄링되어 τ2는 VD를 위반하게 된다.

반면, 도 4에 의한 본 발명에 따른 EVDZL은 VL을 먼저 고려해서 태스크를 할당한다(S30). 따라서, τ2는 τ1 전에 스케줄링되어 가상 마감 시간을 만족시킨다.

이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러가지로 변경 가능한 것은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다.

100: 디바이스
111, 113, 115: 복수의 OS(operating system)
120: GPU 메디에이터(GPU mediator)
130: vGPU 스케줄러
140: GPU(Graphic Processing Unit)

Claims (3)

1. 가상 데드라인 위반 없이 프로세서의 반응성을 향상시키기 위한 태스크 스케줄링 방법으로서,
   (a) 태스크 스케줄링이 시작되면 스케줄링 대기열에 VD 위반 문제가 발생할 태스크가 있는지 확인하는 단계;
   (b) 상기 (a)단계의 확인 결과, VD 위반 문제가 발생할 태스크가 있을 경우 해당 태스크를 먼저 수행하는 단계; 및
   (c) 상기 (a)단계의 확인 결과, VD 위반 문제가 발생할 태스크가 없을 경우 가장 빠른 VD의 태스크를 먼저 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가상 데드라인 위반 없이 프로세서의 반응성을 개선하기 위한 태스크 스케줄링 방법.
   
2. 청구항 1에서, 상기 EVDZL (Earliest Virtual Deadline Zero Laxity) 기반 태스크 스케줄링은 스케줄링 알고리즘의 복잡도를 줄이기 위한 가상 데드라인 (virtual deadline, VD)과 VD 위반 문제가 발생할 태스크를 우선적으로 처리하기 위한 지표인 VL (Virtual Laxity)을 함께 사용하여 VD 위반 문제없이 태스크 스케줄러의 복잡도를 줄이는 것을 특징으로 하는 가상 데드라인 위반 없이 프로세서의 반응성을 개선하기 위한 태스크 스케줄링 방법.
   
3. 청구항 2에서, 상기 EVDZL 기반 스케줄링 알고리즘의 VL은 하기의 수학식을 이용하여 구현하는 것을 특징으로 하는 가상 데드라인 위반 없이 프로세서의 반응성을 개선하기 위한 태스크 스케줄링방법.
   

   

   
   여기서, VL(τ_i,t)는 시간 t에서 τ_i 태스크의 VL이고, e(τ_i,t)는 시간 t에서 태스크 τ_i의 남아있는 작업 시간을 뜻한다.
   
   
   
   
   
   
   

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