專利名稱：基于pcm的數(shù)據(jù)中心的節(jié)能方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是ー種計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域的系統(tǒng)及方法，具體是基于PCM的數(shù)據(jù)中心的節(jié)能方法。
背景技術(shù)：
隨著云計(jì)算的興起，如何進(jìn)行數(shù)據(jù)中心的管理和節(jié)能研究逐漸成為熱點(diǎn)。數(shù)據(jù)中心通常規(guī)模龐大，建立和維護(hù)費(fèi)用十分昂貴。盡管數(shù)據(jù)中心能夠提供強(qiáng)大的運(yùn)算能力，但是 數(shù)據(jù)中心的耗電量隨著服務(wù)器的數(shù)目呈指數(shù)増加，這對(duì)于電カ能源的消耗是巨大的。目前針對(duì)虛擬數(shù)據(jù)中心的節(jié)能方法有兩種一種是基于虛擬機(jī)資源的整合的研究，通過(guò)虛擬機(jī)的遷移，犧牲部分CPU的利用率來(lái)達(dá)到節(jié)能；ー種是基于DVFS的研究，通過(guò)調(diào)節(jié)CPU的頻率來(lái)進(jìn)行節(jié)能的研究。但是降低CPU的利用率只能在一定程度降低非常有限的能耗，而只有讓計(jì)算機(jī)進(jìn)入睡眠狀態(tài)才能大幅度降低電能消耗。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有情況的不足，提出一種基于PCM的數(shù)據(jù)中心的節(jié)能方法，服務(wù)器執(zhí)行基于相變存儲(chǔ)器(PCM)的休眠和喚醒，這種方法能夠有效的改進(jìn)服務(wù)器的在執(zhí)行休眠(standby)策略時(shí)，休眠到RAM的可靠性比較低、能耗浪費(fèi)的問(wèn)題，同時(shí)能夠有效的減少服務(wù)器休眠到磁盤(DISK)后需要的較長(zhǎng)的啟動(dòng)時(shí)間的問(wèn)題。本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。一種基于PCM的數(shù)據(jù)中心，包括相互連接的動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(DRAM)、磁盤及若干服務(wù)器，還包括PCM，所述PCM分別與DRAM和磁盤相連接。一種基于PCM的數(shù)據(jù)中心的節(jié)能方法，包括以下步驟第一歩，用戶發(fā)出休眠指令，操作系統(tǒng)凍結(jié)進(jìn)程到PCM中，切斷電源；第二步，操作系統(tǒng)從PCM中讀取數(shù)據(jù)，恢復(fù)寄存器的值和進(jìn)程運(yùn)行狀態(tài)。所述第一步中操作系統(tǒng)進(jìn)入管理設(shè)備電源的抽象接ロ(ACPI)的相應(yīng)的狀態(tài)。所述ACPI狀態(tài)是指管理電源的抽象接ロ，包括S0，SI，S2，S3，S4，S5，其中-SO為常規(guī)工作狀態(tài)；-SI為系統(tǒng)上下文不丟失，可能關(guān)閉顯示器能少量外圍設(shè)備；-S2為CPU狀態(tài)和緩存數(shù)據(jù)會(huì)丟失；-S3為除內(nèi)存外所有的系統(tǒng)上下文均丟失，可以將CPU和ニ級(jí)緩存中的部分內(nèi)容保存到內(nèi)存中；-S4為所有設(shè)備的電カ都被關(guān)閉，但主板的上下文會(huì)保存；-S5為與S4相似，操作系統(tǒng)不保存任何上下文，喚醒時(shí)需要經(jīng)過(guò)完整的啟動(dòng)過(guò)程。本發(fā)明的技術(shù)特點(diǎn)和效果包括利用PCM的非發(fā)揮特性和快速讀寫(xiě)特性，用PCM替代傳統(tǒng)的存儲(chǔ)器，使服務(wù)器在休眠的時(shí)候保存數(shù)據(jù)到PCM中，然后切斷設(shè)備電源，在服務(wù)器喚醒的過(guò)程，從PCM進(jìn)行喚醒操作。一臺(tái)普通的計(jì)算機(jī)在CPU的耗電量在8(Tl00W/h。而CPU處于空閑狀態(tài)時(shí)候，耗電量在6(T80W/h.所以無(wú)論是臺(tái)式機(jī)還是服務(wù)器，降低CPU的利用率只能在一定程度上降低非常有限的能耗，而只有通過(guò)讓計(jì)算機(jī)進(jìn)入睡眠狀態(tài)才能大幅度降低能耗。當(dāng)服務(wù)器運(yùn)行的30%的時(shí)間里處于休眠到PCM狀態(tài)的吋，單個(gè)服務(wù)器能耗節(jié)約達(dá)到26. 97%，當(dāng)服務(wù)器運(yùn)行的60%的時(shí)間里處于休眠到PCM的狀態(tài)時(shí)，單個(gè)服務(wù)器能耗節(jié)約達(dá)到54. 75%。


圖I為發(fā)明系統(tǒng)架構(gòu)示意圖；圖2為休眠到PCM的邏輯示意圖；圖3為從PCM喚醒的邏輯示意圖。
具體實(shí)施方式
下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳說(shuō)明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。實(shí)施例I如圖I所示，本實(shí)施例包括相互連接的動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(DRAM)、磁盤及若干服務(wù)器，還包括相變存儲(chǔ)器(PCM)，該P(yáng)CM分別與DRAM和磁盤相連接。PCM是指ー種新型的固態(tài)半導(dǎo)體非揮發(fā)性存儲(chǔ)器，它的存儲(chǔ)是基于硫系化合材料再電脈沖作用下的快速相變，本發(fā)明所用的是PCM的非發(fā)揮特性和快速讀寫(xiě)的特性。PCM的非發(fā)揮特性是指相較于RAM需要電カ周期刷新維護(hù)數(shù)據(jù)，PCM的具有固有數(shù)據(jù)保存性，在斷電的情況下仍能保持原有數(shù)據(jù)，提高了休眠后的可靠性。PCM的快速讀寫(xiě)特性是指相較于RAM可以快速訪問(wèn)的特性，PCM也擁有快速訪問(wèn)的特性，使得服務(wù)器在休眠后能夠快速恢復(fù)和喚醒，不損失良好的用戶體驗(yàn)。實(shí)施例2實(shí)施例2為利用實(shí)施例I提供的基于PCM的數(shù)據(jù)中心的節(jié)能方法。本實(shí)施例是基于PCM的數(shù)據(jù)中心的能耗節(jié)約方法，包括兩個(gè)階段第一個(gè)階段是服務(wù)器休眠到PCM上；第二階段為服務(wù)器從PCM上被喚醒。本實(shí)施例包括以下步驟第一歩，用戶發(fā)出休眠指令，操作系統(tǒng)凍結(jié)進(jìn)程到PCM中，切斷電源；用戶發(fā)出休眠命令服務(wù)器后，服務(wù)器休眠到PCM上，在此過(guò)程中操作系統(tǒng)凍結(jié)和保存數(shù)據(jù)，并將休眠指令傳遞給底層硬件相變存儲(chǔ)器，使得系統(tǒng)進(jìn)入管理設(shè)備電源的抽象接ロ(ACPI)的相應(yīng)的狀態(tài)；第二步，操作系統(tǒng)從PCM中讀取數(shù)據(jù)，恢復(fù)寄存器的值和進(jìn)程運(yùn)行狀態(tài)；當(dāng)服務(wù)器被喚醒的時(shí)候，服務(wù)器從PCM上被喚醒。在這個(gè)過(guò)程中，把保存在相變存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)直接作為當(dāng)前虛擬機(jī)的內(nèi)存數(shù)據(jù)，虛擬機(jī)啟動(dòng)后，從內(nèi)存中讀取保存的數(shù)據(jù)恢復(fù)狀態(tài)、解凍進(jìn)程。休眠到PCM階段是指如圖2所示，當(dāng)用戶發(fā)出休眠指令后，操作系統(tǒng)首先凍結(jié)系統(tǒng)中的進(jìn)程，然后保存CPU寄存器的狀態(tài)，這些數(shù)據(jù)都保存在作為主存的動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器中。操作系統(tǒng)完成這些工作之后會(huì)向下層的硬件平臺(tái)發(fā)出ACPI休眠指令，控制權(quán)隨之交給硬件平臺(tái)。ACPI進(jìn)入休眠狀態(tài)，保存數(shù)據(jù)到PCM上，關(guān)閉電源供應(yīng)。ACPI狀態(tài)是指管理電源的抽象接ロ，這些接ロ既包括硬件接ロ，也包括一些軟件和數(shù)據(jù)接ロ。根據(jù)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件的工作狀態(tài)、軟件是否運(yùn)行、電能消耗多少和是否需要重引導(dǎo)等定義了不同的系統(tǒng)狀態(tài)。包括S0，SI，S2，S3，S4，S5。其中SO :常規(guī)工作狀態(tài)；SI :系統(tǒng)上下文不丟失，可能關(guān)閉顯示器能少量外圍設(shè)備；S2 =CPU狀態(tài)和緩存數(shù)據(jù)會(huì)丟失；S3 :除內(nèi)存外所有的系統(tǒng)上下文均丟失，可以將CPU和ニ級(jí)緩存中的部分內(nèi)容保 存到內(nèi)存中；S4 :所有設(shè)備的電カ都被關(guān)閉，但主板的上下文會(huì)保存；S5 :與S4相似，操作系統(tǒng)不保存任何上下文，喚醒時(shí)需要經(jīng)過(guò)完整的啟動(dòng)過(guò)程。服務(wù)器休眠到PCM上是指當(dāng)用戶執(zhí)行休眠指令吋，操作系統(tǒng)凍結(jié)活動(dòng)進(jìn)程、保存寄存器數(shù)據(jù)到作為主存儲(chǔ)器的PCM設(shè)備中，然后切斷所有設(shè)備電源。如圖3所示，服務(wù)器從PCM上被喚醒是指當(dāng)服務(wù)器從休眠中被喚醒時(shí)，操作系統(tǒng)從PCM中讀取數(shù)據(jù)，恢復(fù)寄存器的值和進(jìn)程運(yùn)行狀態(tài)。從PCM上喚醒當(dāng)用戶發(fā)出喚醒操作后，具有喚醒功能的設(shè)備會(huì)產(chǎn)生ー個(gè)喚醒事件。這個(gè)喚醒事件是ー個(gè)電信號(hào)，會(huì)觸發(fā)BIOS上的初始化芯片?？梢园驯４嬖谙嘧兇鎯?chǔ)器中的數(shù)據(jù)直接作為當(dāng)前虛擬機(jī)的內(nèi)存數(shù)據(jù)。虛擬機(jī)啟動(dòng)后，從內(nèi)存中讀取保存的數(shù)據(jù)恢復(fù)狀態(tài)、解凍進(jìn)程。通過(guò)上述步驟，采用5臺(tái)CPU配置為Intel Core 2Duo,主頻為3. OOGHz,BIOS version版本為v02. 61，ACPI Suspend類型為S3 (STR)，宿主操作系統(tǒng)為fedora2. 6. 32. 11-99. fcl2. i686. PAE，客戶操作系統(tǒng)為 fedora 2. 6. 32. 11 的服務(wù)器，在服務(wù)器運(yùn)行時(shí)間30%時(shí)間處于休眠時(shí)，節(jié)能可達(dá)26. 97%，60%休眠時(shí)節(jié)能可達(dá)54. 75%。對(duì)于擁有大規(guī)模服務(wù)器的數(shù)據(jù)中心的節(jié)能具有很重要的意義。以上對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.一種基于PCM的數(shù)據(jù)中心，包括相互連接的DRAM、磁盤及若干服務(wù)器，其特征在于，還包括PCM，所述PCM分別與DRAM和磁盤相連接。
2.一種利用如權(quán)利要求I所述的基于PCM的數(shù)據(jù)中心的節(jié)能方法，其特征在于，包括以下步驟 第一步，用戶發(fā)出休眠指令，操作系統(tǒng)凍結(jié)進(jìn)程到PCM中，切斷電源； 第二步，操作系統(tǒng)從PCM中讀取數(shù)據(jù)，恢復(fù)寄存器的值和進(jìn)程運(yùn)行狀態(tài)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于PCM的數(shù)據(jù)中心的節(jié)能方法，其特征在于，所述第一步中操作系統(tǒng)進(jìn)入ACPI的相應(yīng)的狀態(tài)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于PCM的數(shù)據(jù)中心的節(jié)能方法，其特征在于，所述ACPI狀態(tài)是指管理電源的抽象接口，包括SO、SI、S2、S3、S4及S5，其中 -SO為常規(guī)工作狀態(tài)； -SI為系統(tǒng)上下文不丟失，可能關(guān)閉顯示器能少量外圍設(shè)備； -S2為CPU狀態(tài)和緩存數(shù)據(jù)會(huì)丟失； -S3為除內(nèi)存外所有的系統(tǒng)上下文均丟失，可以將CPU和二級(jí)緩存中的部分內(nèi)容保存到內(nèi)存中； -S4為所有設(shè)備的電力都被關(guān)閉，但主板的上下文會(huì)保存； -S5為與S4相似，操作系統(tǒng)不保存任何上下文，喚醒時(shí)需要經(jīng)過(guò)完整的啟動(dòng)過(guò)程。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于PCM的數(shù)據(jù)中心的節(jié)能方法，包括相互連接的動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(DRAM)、磁盤(DISK)及若干服務(wù)器，還包括PCM，所述PCM分別與DRAM和磁盤相連接，其節(jié)能方法包括第一步，用戶發(fā)出休眠指令，操作系統(tǒng)凍結(jié)進(jìn)程到PCM中，切斷電源；第二步，操作系統(tǒng)從PCM中讀取數(shù)據(jù)，恢復(fù)寄存器的值和進(jìn)程運(yùn)行狀態(tài)。本發(fā)明服務(wù)器執(zhí)行基于PCM的休眠和喚醒，這種方法能夠有效的改進(jìn)服務(wù)器的在執(zhí)行休眠(standby)策略時(shí)，休眠到RAM的可靠性比較低、能耗浪費(fèi)的問(wèn)題，同時(shí)能夠有效的減少服務(wù)器休眠到磁盤后需要的較長(zhǎng)的啟動(dòng)時(shí)間的問(wèn)題。
文檔編號(hào)G06F1/32GK102768571SQ20121019484
公開(kāi)日2012年11月7日 申請(qǐng)日期2012年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月13日
發(fā)明者宦飛, 戚正偉, 管海兵, 訾晨楊, 高尚 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)