Fairness-aware scheduling on single-ISA heterogeneous multi-cores

Single-ISA heterogeneous multi-cores consisting of small (e.g., in-order) and big (e.g., out-of-order) cores dramatically improve energy- and power-efficiency by scheduling workloads on the most appropriate core type. A significant body of recent work has focused on improving system throughput through scheduling. However, none of the prior work has looked into fairness. Yet, guaranteeing that all threads make equal progress on heterogeneous multi-cores is of utmost importance for both multi-threaded and multi-program workloads to improve performance and quality-of-service. Furthermore, modern operating systems affinitize workloads to cores (pinned scheduling) which dramatically affects fairness on heterogeneous multi-cores. In this paper, we propose fairness-aware scheduling for single-ISA heterogeneous multi-cores, and explore two flavors for doing so. Equal-time scheduling runs each thread or workload on each core type for an equal fraction of the time, whereas equal-progress scheduling strives at getting equal amounts of work done on each core type. Our experimental results demonstrate an average 14% (and up to 25%) performance improvement over pinned scheduling through fairness-aware scheduling for homogeneous multi-threaded workloads; equal-progress scheduling improves performance by 32% on average for heterogeneous multi-threaded workloads. Further, we report dramatic improvements in fairness over prior scheduling proposals for multi-program workloads, while achieving system throughput comparable to throughput-optimized scheduling, and an average 21% improvement in throughput over pinned scheduling

Modeling and scheduling heterogeneous multi-core architectures

Om de prestatie van toekomstige processors en processorarchitecturen te evalueren wordt vaak gebruik gemaakt van een simulator die het gedrag en de prestatie van de processor modelleert. De prestatie bepalen van de uitvoering van een computerprogramma op een gegeven processorarchitectuur m.b.v. een simulator duurt echter vele grootteordes langer dan de werkelijke uitvoeringstijd. Dit beperkt in belangrijke mate de hoeveelheid experimenten die gedaan kunnen worden. In dit doctoraatswerk werd het Multi-Program Performance Model (MPPM) ontwikkeld, een innovatief alternatief voor traditionele simulatie, dat het mogelijk maakt om tot 100.000x sneller een processorconfiguratie te evalueren. MPPM laat ons toe om nooit geziene exploraties te doen. Gebruik makend van dit raamwerk hebben we aangetoond dat de taakplanning cruciaal is om heterogene meerkernige processors optimaal te benutten. Vervolgens werd een nieuwe manier voorgesteld om op een schaalbare manier de taakplanning uit te voeren, namelijk Performance Impact Estimation (PIE). Tijdens de uitvoering van een draad op een gegeven processorkern schatten we de prestatie op een ander type kern op basis van eenvoudig op te meten prestatiemetrieken. Zo beschikken we op elk moment over alle nodige informatie om een efficiënte taakplanning te doen. Dit laat ons bovendien toe te optimaliseren voor verschillende criteria zoals uitvoeringstijd, doorvoersnelheid of fairness