Real-Time Scheduling of CPU/GPU Heterogeneous Tasks in Dynamic IoT Systems: Enhancing GPU and Memory Efficiency

计算机科学 调度(生产过程) 并行计算 图形处理单元的通用计算 动态优先级调度 处理器调度 协处理器 嵌入式系统 操作系统 绘图 地铁列车时刻表 运营管理 经济
作者
Xiao He,Shanchen Pang,Sibo Qiao,Haiyuan Gui,Shihang Yu,Joel J. P. C. Rodrigues,Shahid Mumtaz,Zhihan Lyu
出处
期刊:IEEE Transactions on Mobile Computing [IEEE Computer Society]
卷期号:25 (1): 583-598 被引量:4
标识
DOI:10.1109/tmc.2025.3593250
摘要

The real-time processing of large-scale, heterogeneous tasks—including CPU-only, general-purpose GPU, and specialized GPU tasks—poses significant challenges in Internet of Things (IoT) systems, driven by severe GPU resource fragmentation, inefficient CPU and memory resource utilization on edge servers. These issues often compromise system processing performance and server stability. To address these issues, we formulate a multi-stage mixed-integer nonlinear programming (MINLP) model, to jointly optimize GPU fragmentation rate and system processing capability. We then introduce a novel deviation-based Lyapunov optimization framework that explicitly maintains memory utilization around a predefined optimal threshold, effectively balancing resource usage and system stability. Finally, to achieve real-time decision-making for massive tasks in dynamic systems with randomly arriving tasks, we propose the MA-LHTO algorithm, a multi-agent deep reinforcement learning approach that incorporates a multi-head architecture, entropy-based exploration, and a parameter reset mechanism. Experimental results confirm that our algorithm significantly improves resource utilization, and exhibits good performance under various working conditions.
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