——面向AI任务并行的DAG调度执行内核

DLOS Kernel v0.2 技术白皮书

------面向AI任务并行的DAG调度执行内核

版本:v0.2 (Parallel Scheduling Edition)

核心定位:从顺序执行AI任务,演进为支持DAG并行调度的AI任务执行内核


摘要

DLOS Kernel v0.2 是 DLOS 操作系统内核演进的关键里程碑。相比于 v0.1 的线性节点执行模式,v0.2 引入基于有向无环图(DAG)的并行调度机制,实现了任务节点的依赖解析、动态就绪检测与异步并发执行。该版本标志着系统从"顺序调用模型"向"AI任务图运行时系统"的根本跃迁,为后续 Agent 化、工具化、状态机化(v0.3+)奠定了基础。


一、背景与目标

1.1 v0.1 局限性

· 顺序执行:每个节点(Node)必须等待前一个节点完全结束后才能启动。

· 资源闲置:在无依赖关系的节点间无法利用并行能力,导致延迟叠加。

· 不支持复杂工作流:真实 AI 任务(如多步推理、条件分支、并行分析)难以表达。

1.2 v0.2 升级目标

能力 v0.1 v0.2

任务结构 线性列表 DAG 依赖图

执行方式 顺序阻塞 异步并行

调度器 无 独立 Scheduler

运行时 同步 Async Runtime


二、系统架构(v0.2)

```

Input

Task Parser

DAG Builder ←────────┐

↓ │

Scheduler (核心) │

↓ │

Async Executor 依赖解析

↓ │

Memory Store ←────────┘

Output

```

核心职责划分

· Task Parser:解析用户输入,提取任务意图。

· DAG Builder:构造带依赖关系的 Node 图。

· Scheduler:动态计算就绪节点集合。

· Async Executor:基于 asyncio 并行执行就绪节点。

· Memory Store:持久化节点执行结果,供后续节点读取。


三、核心组件详解

3.1 Node ------ 可并行单元

```python

class Node:

def init(self, id, prompt):

self.id = id

self.prompt = prompt

self.depends = \[\] # 依赖的节点ID列表

self.result = None

```

每个 Node 封装一个可独立执行的 AI 任务,通过 depends 声明依赖关系。

3.2 DAG Builder ------ 依赖图构造器

将任务描述转换为显式的 DAG 结构,允许静态或动态生成依赖关系。

示例:

```

n1 (理解问题) → n2 (分析关键点) → n3 (生成答案)

```

3.3 Scheduler ------ 调度核心(v0.2 灵魂)

```python

class Scheduler:

def init(self):

self.done = set() # 已完成节点ID集合

def ready_nodes(self, nodes):

ready = \[\]

for node in nodes:

if all(d in self.done for d in node.depends):

ready.append(node)

return ready

```

功能:每轮调度扫描所有节点,返回依赖已全部满足的就绪节点。保证拓扑顺序,最大化并行度。

3.4 Async Executor ------ 并行执行器

```python

class Executor:

async def run_node(self, node):

model = self.router.select(node)

result = call_llm(model, node.prompt)

node.result = result

self.memory.save(node.id, result)

self.scheduler.done.add(node.id)

return node

```

· 使用 asyncio.gather 并发执行多个就绪节点。

· 每个节点运行后立即存储结果并更新调度器的完成集合。


四、运行引擎(DLOS Kernel v0.2)

```python

class DLOSKernelV2:

async def run(self, graph):

tasks = graph

results = {}

while len(self.scheduler.done) < len(tasks):

ready = self.scheduler.ready_nodes(tasks)

if not ready: break # 防死锁

nodes = await asyncio.gather(*self.run_node(n) for n in ready)

for n in nodes:

resultsn.id = n.result

return results

```

执行语义:

· 持续循环,直到所有节点完成。

· 每一轮获取当前就绪节点集合并并发执行。

· 结果写入 results 字典,支持下游节点通过 Memory Store 读取。


五、API 升级(支持异步)

基于 FastAPI 提供 HTTP 接口:

```python

@app.post("/run")

async def run(data: dict):

graph = build_graph(Task(data"input"))

result = await kernel.run(graph)

return {"result": result}

```

该接口为非阻塞式,可承载高并发请求。


六、v0.2 已具备能力

能力项 状态

DAG 任务建模 ✔

依赖驱动的调度 ✔

异步并行执行 ✔

多模型路由 ✔

任务结果存储 ✔

与 Web API 集成 ✔


七、本质定义

DLOS Kernel v0.2 = AI Task Graph Runtime System

不再是一个"聊天系统",而是一个可编程、可调度、可并行的AI任务执行内核。


八、系统对标

对标系统 类比关系

CUDA Streams 并行 Node 执行

Kubernetes Jobs 任务调度与依赖管理

LangGraph DAG AI workflow

Actor System 异步执行模型


九、质变点总结

版本 本质

v0.1 AI = 顺序调用模型

v0.2 AI = 可调度并行执行系统

这一跳变使得 DLOS Kernel 能够支撑复杂推理、多模型协作、实时响应等高级场景。


十、下一步演进方向(v0.3 预览)

v0.3 将升级为 Agent Runtime Kernel,新增:

· Node as Agent:每个节点具备记忆、决策、工具调用能力。

· Tool System:Agent 可调用外部工具/API。

· Loop Execution:支持循环和条件分支。

· State Machine:显式状态管理。

v0.3 标志着从"任务调度"走向"智能体编排",更接近 AI 操作系统的最终形态。


附录:与 CUDA API 对标的设计思考

未来可进一步标准化 Kernel API,类似:

CUDA API 概念 DLOS v0.2 对应

Stream Async Executor

Kernel launch Node.run

Device synchronization Scheduler.done

Graph DAG

这种抽象有利于构建跨硬件的 AI 加速栈。


白皮书结束

下一步可以选择:v0.3 Agent Runtime Kernel 设计 / DLOS v0.1→v0.5 系统进化图 / Kernel API 标准化提案

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