Proposal of many-core control through a management application

Abstract

A grande quantidade de cores em sistemas many-core introduziu desafios para gerenciá-los, incluindo escalabilidade, portabilidade e redução da interferência do gerenciamento sobre as aplicações em execução. Trabalhos disponíveis na literatura propõem um gerenciamento fortemente acoplado ao sistema operacional do many-core. Tal acoplamento implica em baixa flexibilidade para a modificação das organizações de gerenciamento, e baixa portabilidade. O estado-da-arte também mostra que poucos trabalhos propuseram organizações de gerenciamento, sendo que a maioria dos trabalhos se aproveitam de organizações presentes na literatura, como as baseadas em clusters e por-aplicação, para avaliar a qualidade de uma única meta proposta, como, por exemplo, potência ou temperatura. O presente trabalho propõe uma organização de gerenciamento, denominada de Aplicação de Gerenciamento (MA), que é fracamente acoplada à sua plataforma alvo. A MA propõe um gerenciamento como uma aplicação distribuída, permitindo que a mesma se beneficie do poder de processamento paralelo intrínseco aos many-cores. Comparado a uma organização baseada em clusters, os custos e os benefícios em gerenciar um benchmark com restrições de tempo-real usando a MA revelam menor ocupação de memória e maior vazão de gerenciamento devido à paralelização provida pela MA. Esse trabalho também propõe uma heurística de mapeamento que separa virtualmente o espaço de busca em clusters para reduzir o custo de execução, mantendo uma visão centralizada do sistema. Essa heurística também conta com um procedimento de desfragmentação embutido. Resultados são avaliados contra uma heurística do estado-da-arte em gerenciamento baseado em clusters e por-aplicação, revelando redução na distância média entre tarefas comunicantes e tempo de execução da heurística similar à abordagem baseada em clusters. A desfragmentação usa a migração de tarefas como meio de atuação, conseguindo reduzir a distância entre tarefas comunicantes usando poucas migrações. O arcabouço da MA é otimizado com a integração de uma rede intrachip baseada em broadcast, usada para troca de mensagens de gerenciamento, e com a adição de uma estrutura de monitoramento que se aproveita dessa rede e do mecanismo de acesso direto à memória para reduzir a sobrecarga de monitoramento. A rede reduz a interferência na comunicação das aplicações de usuário e melhora o tempo de execução, enquanto a estrutura de monitoramento permite menor latência de gerenciamento. Por fim, a organização MA é aplicada a uma plataforma equipada com um processador RISC-V, reduzindo o número de instruções executadas e o uso de memória. O resultado final é uma plataforma many-core que implementa a organização MA com um processador do estado-da-arte.