Home>Schools

  • Complex
  • Title
  • Author
  • Keyword
  • Abstract
  • Scholars
Search

[学位]

渲染农场作业调度与能耗优化策略研究

Share
Edit Delete Claim

Author:

李谦 (李谦.)

Indexed by:

学位论文库

Abstract:

渲染应用具有计算密集和数据密集型混合特征,随着高性能计算和数字多媒体的迅猛发展,配备高性能集群的渲染农场利用渲染应用的帧间并行性特征,成为解决单计算节点进行渲染耗时长问题的重要手段,同时互联网技术和云计算技术的出现使渲染农场的扩展能力有了进一步提升。渲染农场计算规模的扩充保证了其具备较高的处理能力,但如果没有系统优化策略的支持,渲染系统无法充分发挥计算能力。如何优化渲染农场作业调度策略、将任务按计算量大小均衡的分配到渲染节点、提升资源利用率和系统性能是渲染农场性能优化研究面临的重要挑战。此外,渲染农场规模的扩大也意味着系统能耗的增加,如何设计合理的调度策略来降低系统的能源开销,也是一个极具挑战的问题。
针对以上问题和挑战,本文以渲染农场集群环境为背景,分别从层次化渲染作业调度策略、面向能耗优化的任务调度策略以及混合渲染农场调度策略三个方面,对渲染农场作业调度和能耗优化等关键技术展开研究。论文取得的创新性成果如下:
1)针对渲染农场环境中传统作业调度策略存在的作业饥饿和资源碎片化问题、多线程渲染的加速比瓶颈问题以及按帧均分调度方法的负载不均衡问题,提出一种层次化渲染作业调度策略。该策略将渲染农场的作业调度分为两个层次,渲染作业调度层方法结合渲染应用帧间无依赖性的特征,建立渲染作业调度模型,其中渲染作业按优先级调度;当渲染资源受限时,在不延迟优先级高的作业运行的前提下,调高优先级低的作业级别使其提前调度,同时为优先级高的作业预约资源,一旦资源满足优先级高的作业的需求,暂停优先级低的作业而重新调度优先级高的作业。渲染任务分发层方法以“渲染单元”作为资源粒度的基本单位,采用基于场景几何的方法选择关键帧,利用关键帧预渲染所反馈的资源占用信息和渲染帧间的相关性特征,结合帧内分发策略,将渲染帧序列相对均衡地分发给“渲染单元”。实验结果表明,与已有调度策略相比,本文策略能够高效的提升资源利用率,有效的平衡渲染节点之间的工作负载、缩短作业完成时间和响应时间,且确保了公平性。
2)针对云渲染系统作业调度中由于渲染节点空闲而带来能耗浪费问题,提出一种面向能耗优化的渲染任务调度策略。该策略综合考虑渲染任务运行时的能耗和渲染节点的空闲能耗,结合渲染应用的帧间独立性特征建立渲染任务能耗模型。基于该模型,将任务调度队列拆分成子队列,利用模拟退火算法思想,通过优化子序列任务调度来提高渲染节点利用率、降低渲染节点空闲时间,从而完成渲染系统全局任务能耗的优化。实验结果表明,与已有FCFS策略和EMRSA算法相比,本文的任务调度策略在真实渲染场景的测试中能够有效的提升能耗优化性能,同时具有较好的任务规模和集群规模可扩展性。
3)针对拥有本地资源的渲染农场由于计算能力不足而延迟用户的作业完成时间的问题,结合利用云资源的混合渲染农场提出一种面向预算的作业调度策略。该策略以用户设定的Deadline和预算(budget)为约束,通过设置预算因子,来控制申请云渲染资源的数量,不仅能保证用户的作业按时完成,而且提供一种经济的方式来合理的租用云资源。此外针对渲染用户无法验证渲染源数据和结果数据的可靠性以及云资源提供商所承诺的安全性问题,提出一种主动式验证云资源可信性的方法,该方法通过多个云渲染农场的交叉验证间谍帧来达到信任验证的目的。实验结果表明,与Cost-Opt策略相比,本文的作业调度策略不仅能满足用户的Deadline需求,而且能获得比较高的成本效率,同时本文的可信度验证方法能够有效的检验云渲染农场是否存在恶意延长渲染时间的行为。
本文使用理论分析与工程实验验证相结合的方法对渲染农场作业调度相关的性能和能耗优化问题展开研究,提出了渲染作业调度策略、能耗优化调度策略、混合架构渲染农场作业调度策略和验证云渲染可信性的方法,为渲染系统调优和能耗管理问题的深入研究提供理论及技术支持。

Keyword:

调度策略 可信验证 能耗优化 渲染 云计算

Author Community:

  • [ 1 ] 西安交通大学电子与信息工程学院

Reprint Author's Address:

Show more details

Basic Info :

Degree: 工学博士

Mentor: 伍卫国

Year: 2016

Language: Chinese

Cited Count:

WoS CC Cited Count: 0

30 Days PV: 5

FAQ| About| Online/Total:84/212392642
Address:XI'AN JIAOTONG UNIVERSITY LIBRARY(No.28, Xianning West Road, Xi'an, Shaanxi Post Code:710049) Contact Us:029-82667865
Copyright:XI'AN JIAOTONG UNIVERSITY LIBRARY Technical Support:Beijing Aegean Software Co., Ltd.