集群服務(wù)器的功耗調(diào)節(jié)方法和裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種集群服務(wù)器的功耗調(diào)節(jié)方法和裝置，其中，該功耗調(diào)節(jié)方法包括：對于集群服務(wù)器中的每臺服務(wù)器，獲取該服務(wù)器中的多個組件的負載信息；根據(jù)預(yù)定的功耗控制策略對獲取的負載信息進行模糊推理，得到功耗調(diào)節(jié)方式；根據(jù)功耗調(diào)節(jié)方式對該服務(wù)器中的多個組件進行功耗調(diào)節(jié)。本發(fā)明通過對集群服務(wù)器中的每臺服務(wù)器的各個組件的負載信息進行模糊推理，從而得到與各個組件相適應(yīng)的功耗調(diào)節(jié)方式，再對各個組件分別進行功耗調(diào)節(jié)，能夠加大節(jié)能粒度，從而更高效地節(jié)能。
【專利說明】集群服務(wù)器的功耗調(diào)節(jié)方法和裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及計算機領(lǐng)域，并且特別地，涉及一種集群服務(wù)器的功耗調(diào)節(jié)方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著企業(yè)的發(fā)展以及業(yè)務(wù)量的逐步增加，企業(yè)服務(wù)器的數(shù)量也日益增多，隨之而來，電能消耗也與日俱增。服務(wù)器的主要組件包括CPU、內(nèi)存、磁盤、供電單元等，在服務(wù)器的總功耗中CPU和內(nèi)存的份額約占50%。隨著信息量的增長，服務(wù)器上掛載著越來越多的磁盤，磁盤功耗已經(jīng)占服務(wù)器的總功耗的較重的百分比，有些服務(wù)器的磁盤功耗甚至占服務(wù)器整體功耗的65%。服務(wù)器各個組件的功耗與負載類型有關(guān)。實驗表明，對于不同類型的負載，CPU的功耗變化范圍最大，最低的CPU功耗只占最高功耗的四分之一，內(nèi)存密集型應(yīng)用的內(nèi)存功耗比其他類型應(yīng)用的內(nèi)存功耗高一倍，磁盤密集型應(yīng)用的CPU功耗幾乎和空閑狀態(tài)的CPU功耗一樣,而磁盤的功耗則比其他的類型應(yīng)用高一倍。供電單元把交流電轉(zhuǎn)換為直流電供計算機的其他組件使用。在轉(zhuǎn)換過程中，如果計算機的負載在50%到75%之間，供電單元的轉(zhuǎn)換效率最高。但是大部分數(shù)據(jù)中心中設(shè)備是按照服務(wù)器的最大負載進行部署和配置，業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)長期處于10%到15%之間的低負載，供電單元的效率只有60%，從而造成服務(wù)器計算能力及供電能力的浪費。同時，數(shù)據(jù)中心服務(wù)器應(yīng)用或作業(yè)分為計算密集型、內(nèi)存密集型、磁盤密集型、空閑型、其他等類型，不同類型的服務(wù)器偏重于使用不用組件，而其他組件都處于低負載或者空閑狀態(tài)，這樣勢必會造成電能的浪費。
[0003]為解決集群節(jié)能問題，按需開關(guān)服務(wù)器的方法在集群中應(yīng)用得比較多，把無狀態(tài)或者是持續(xù)時間非常短的負載通過調(diào)度算法集中到一部分服務(wù)器，那么另一部分服務(wù)器在很短的時間內(nèi)就可以進入空閑狀態(tài)，從而可以關(guān)閉空閑的服務(wù)器，并且可以通過監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測服務(wù)器是否空閑來進行服務(wù)器關(guān)機或休眠。
[0004]由于空閑運行著的服務(wù)器仍然消耗50%的峰值能源，所以通過合理的負載調(diào)度算法，讓負載盡可能集中地在集群某些節(jié)點中運行，提高這些節(jié)點的利用率，并讓更多節(jié)點長時間處于空閑狀態(tài)，從而可以把這些空閑節(jié)點關(guān)閉。現(xiàn)有技術(shù)中的節(jié)能策略正是由于關(guān)注到這個缺點，從而采用按需開關(guān)節(jié)點的方法來進行節(jié)約功耗。基于資源調(diào)度的集群節(jié)能系統(tǒng)可以通過監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測服務(wù)器是否空閑來進行服務(wù)器關(guān)機或休眠，但是這種系統(tǒng)沒有考慮到在服務(wù)器運行時對系統(tǒng)中的單個組件進行功耗控制的節(jié)能手段，如調(diào)節(jié)CPU電壓和頻率；基于預(yù)測的動態(tài)集群配置策略，可以根據(jù)負載請求與集群處理能力決定集群中服務(wù)器的開啟與關(guān)斷，但是它沒有考慮到服務(wù)器各組件的功耗調(diào)整節(jié)能手段，在服務(wù)器運行時有些組件處于低負載或者空閑狀態(tài)，從而造成電能的浪費，并且服務(wù)器各個組件負載是不斷變化的，而且各個組件相互作用、相互影響，實際應(yīng)用中，情況十分復(fù)雜，尚未找到合適的方法對各個組件進行控制。
[0005]針對相關(guān)技術(shù)中無法對服務(wù)器中的各個組件進行功耗調(diào)節(jié)從而造成電能浪費的問題，目如尚未提出有效的解決方案。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對相關(guān)技術(shù)中無法對服務(wù)器中的各個組件進行功耗調(diào)節(jié)從而造成電能浪費的問題，本發(fā)明提出一種集群服務(wù)器的功耗調(diào)節(jié)方法和裝置，能夠?qū)悍?wù)器中的服務(wù)器的各個組件進行功耗調(diào)節(jié)，從而節(jié)約電能。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的:
[0008]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了 一種集群服務(wù)器的功耗調(diào)節(jié)方法。
[0009]上述功耗調(diào)節(jié)方法包括:
[0010]對于集群服務(wù)器中的每臺服務(wù)器，獲取該服務(wù)器中的多個組件的負載信息；
[0011]根據(jù)預(yù)定的功耗控制策略對獲取的負載信息進行模糊推理，得到功耗調(diào)節(jié)方式；
[0012]根據(jù)功耗調(diào)節(jié)方式對該服務(wù)器中的多個組件進行功耗調(diào)節(jié)。
[0013]其中，上述功耗控制策略包括多個組件的負載狀況等級的多個組合與功耗調(diào)節(jié)方式的對應(yīng)關(guān)系。
[0014]并且，根據(jù)預(yù)定的功耗控制策略對獲取的負載信息進行模糊推理包括:
[0015]對獲取的該服務(wù)器中每個組件的負載信息進行模糊化，確定每個組件的負載狀況等級；
[0016]根據(jù)多個組件的負載狀況等級的組合，在功耗控制策略中查找與確定的組合對應(yīng)的功耗調(diào)節(jié)方式。
[0017]可選地，上述功耗調(diào)節(jié)方式包括以下至少之一:
[0018]動態(tài)電源管理的基于閾值算法、動態(tài)電源管理的隨機控制算法、動態(tài)電壓與頻率調(diào)節(jié)機制、冗余機制。
[0019]進一步地，通過重心法對模糊推理的結(jié)果進行清晰化得到功耗調(diào)節(jié)方式。
[0020]優(yōu)選地，根據(jù)預(yù)定的功耗控制策略對獲取的負載信息進行模糊推理，得到功耗調(diào)節(jié)方式包括:
[0021]根據(jù)預(yù)定的功耗控制策略通過mamdani模型對獲取的負載信息進行模糊推理，得到功耗調(diào)節(jié)方式
[0022]此外，上述多個組件包括以下至少之一:
[0023]CPU、內(nèi)存、磁盤、供電單元。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了 一種集群服務(wù)器的功耗調(diào)節(jié)裝置。
[0025]該功耗調(diào)節(jié)裝置包括:
[0026]獲取模塊，用于對于集群服務(wù)器中的每臺服務(wù)器，獲取該服務(wù)器中的多個組件的負載信息；
[0027]獲得模塊，用于根據(jù)預(yù)定的功耗控制策略對獲取的負載信息進行模糊推理，得到功耗調(diào)節(jié)方式；
[0028]根據(jù)功耗調(diào)節(jié)方式對該服務(wù)器中的多個組件進行功耗調(diào)節(jié)。
[0029]其中，上述功耗控制策略包括多個組件的負載狀況等級的多個組合與功耗調(diào)節(jié)方式的對應(yīng)關(guān)系。
[0030]進一步地，獲得模塊還包括確定模塊和查找模塊，確定模塊用于對獲取的該服務(wù)器中每個組件的負載信息進行模糊化，確定每個組件的負載狀況等級；[0031]查找模塊用于根據(jù)多個組件的負載狀況等級的組合，在功耗控制策略中查找與確定的組合對應(yīng)的功耗調(diào)節(jié)方式。
[0032]本發(fā)明通過對集群服務(wù)器中的每臺服務(wù)器的各個組件的負載信息進行模糊推理，從而得到與各個組件相適應(yīng)的功耗調(diào)節(jié)方式，再對各個組件分別進行功耗調(diào)節(jié)，能夠加大節(jié)能粒度，從而更高效地節(jié)能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0033]圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的集群服務(wù)器的功耗調(diào)節(jié)方法的流程圖；
[0034]圖2是應(yīng)用在本發(fā)明的實施例中的模糊控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的示意圖；
[0035]圖3是根據(jù)本發(fā)明實施例的輸入的模糊子集隸屬函數(shù)的示意圖；
[0036]圖4是根據(jù)本發(fā)明實施例的輸出的模糊子集隸屬函數(shù)的示意圖；
[0037]圖5是根據(jù)本發(fā)明實施例的基于模糊控制的集群功耗管理的示意圖；
[0038]圖6是根據(jù)本發(fā)明實施例的集群服務(wù)器的功耗調(diào)節(jié)裝置的框圖。
【具體實施方式】
[0039]下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0040]根據(jù)本發(fā)明的實施例，提供了 一種集群服務(wù)器的功耗調(diào)節(jié)方法。
[0041]如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明實施例的集群服務(wù)器的功耗調(diào)節(jié)方法包括:
[0042]步驟S101，對于集群服務(wù)器中的每臺服務(wù)器，獲取該服務(wù)器中的多個組件的負載信息，通過對該服務(wù)器的多個組件分別進行監(jiān)控獲取該服務(wù)器中的多個組件的負載信息；
[0043]步驟S103，根據(jù)預(yù)定的功耗控制策略對獲取的負載信息進行模糊推理，得到功耗調(diào)節(jié)方式，其中，上述功耗控制策略包括多個組件的負載狀況等級的多個組合與功耗調(diào)節(jié)方式的對應(yīng)關(guān)系。并且，根據(jù)預(yù)定的功耗控制策略對獲取的負載信息進行模糊推理可以對獲取的該服務(wù)器中每個組件的負載信息進行模糊化，確定每個組件的負載狀況等級，并且根據(jù)多個組件的負載狀況等級的組合，在功耗控制策略中查找與確定的組合對應(yīng)的功耗調(diào)節(jié)方式，進一步地，通過重心法對模糊推理的結(jié)果進行清晰化得到功耗調(diào)節(jié)方式，優(yōu)選地，可以根據(jù)預(yù)定的功耗控制策略通過mamdani模型對獲取的負載信息進行模糊推理，得到功耗調(diào)節(jié)方式；
[0044]步驟S105，根據(jù)功耗調(diào)節(jié)方式對該服務(wù)器中的多個組件進行功耗調(diào)節(jié)，可選地，功耗調(diào)節(jié)方式可以包括以下至少之一:動態(tài)電源管理(Dynamic Power Management,DPM)的基于閾值算法(即DPM的timeout-based算法)、動態(tài)電源管理DPM的隨機控制算法、動態(tài)電壓與頻率調(diào)節(jié)(Dynamic voltage and frequency scaling, DVFS)機制、冗余機制。
[0045]此外，文中所述的多個組件可以包括:CPU、內(nèi)存、磁盤、供電單元或者其它需要進行功耗調(diào)節(jié)的組件。
[0046]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，提供了一種在集群服務(wù)器中應(yīng)用模糊推理的功耗調(diào)節(jié)方法，應(yīng)用模糊推理的控制技術(shù)是一種計算機數(shù)字控制技術(shù)，常被用于智能控制領(lǐng)域，具有高可靠性、快速響應(yīng)等優(yōu)點。
[0047]如圖2所示，為本發(fā)明中使用的模糊控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的示意圖，其中，Ar為集群系統(tǒng)的輸入設(shè)定值，Pi為模糊控制輸出量，即文中所說的功耗調(diào)節(jié)方式，y為控制對象經(jīng)過Pi調(diào)節(jié)以后的結(jié)果。模糊控制器對集群系統(tǒng)的輸入設(shè)定值A(chǔ)r進行模糊化，將模糊化后的結(jié)果作為模糊推理的輸入?yún)?shù)，然后通過模糊推理中的控制規(guī)則完成模糊推理，將推理后得到的結(jié)果進行清晰化，再將清晰化后的結(jié)果輸出量Pi加載到控制對象上得到結(jié)果I。
[0048]以下簡介根據(jù)本發(fā)明實施例的功耗調(diào)節(jié)方法中的三個方面，包括:模糊控制的輸入、模糊控制的輸出和模糊控制規(guī)則。
[0049]一、模糊控制的輸入
[0050]首先，模糊控制器對輸入模糊化，對當前集群中的服務(wù)器中的各個組件狀況進行監(jiān)控并采集各個組件的信息，通過采集的信息分析集群中各個服務(wù)器組件的負載情況。設(shè)定當前組件的負載信息為模糊控制器輸入量的論域，并設(shè)置輸入為多輸入，用集合A= {Al，A2...An}來表示模糊控制器的輸入，Ai表示服務(wù)器的組件負載，可以包括CPU、內(nèi)存、磁盤等組件負載，例如CPU負載代表CPU使用隊列的長度的統(tǒng)計信息，內(nèi)存負載是指頁面置換的頻率。用模糊語言E來描述組件的負載，T (E)記作E的語言集合，則有T (E)= (ZE，SM，MI, BI)，上式表示將 E 分為 4 段，其中:ZE 零(zero)、SM 小(small)、MI 中(middle)、BI 大(big)，設(shè)定輸入的基本論域為[0,100%], ZE的負載范圍為[0,5%], SM的負載范圍為[1%，40%], MI的負載范圍為[30%，70%] ,BI的負載范圍為[60%，100%]，超出范圍100%取為100%。如圖3所示，為輸入的模糊子集隸屬函數(shù)示意圖，當X為30時，則X有25%的概率屬于SM的范圍，O的概率屬于MI的范圍。
[0051]二、模糊控制的輸出
[0052]模糊控制器輸出主要是對服務(wù)器的各個組件進行節(jié)能控制，即為集群的功耗調(diào)節(jié)方式，主要通過兩種途徑實現(xiàn)服務(wù)器節(jié)能，第一種途徑是實現(xiàn)智能功耗管理算法，將服務(wù)器的組件轉(zhuǎn)換到低功率模式或者關(guān)閉不必要的組件。第二種途徑是實現(xiàn)節(jié)點層次的調(diào)度算法，開啟冗余設(shè)備分擔服務(wù)器負載，把服務(wù)器進行分類，同時設(shè)定優(yōu)先級，例如使CPU性能好的服務(wù)器優(yōu)先處理計算密集的應(yīng)用。在本實施例中把功耗調(diào)節(jié)方式離散論域為集合P={P1，P2，P3，P4}，設(shè)定輸出的基本論域為[0，100%]，P1的范圍為[0，5%]，P2的范圍為[1%，20%], P3的范圍為[10%,70%], P4的范圍為[60%，100%]，超出范圍100%取為100%。如圖4所示，為輸出的模糊子集隸屬函數(shù)的示意圖。
[0053]其中，集合P中每一個模糊子集都對應(yīng)一個功耗調(diào)節(jié)方式:
[0054]Pl:輸出采用動態(tài)電源管理策略(DPM)的timeout-based算法，即當服務(wù)器無負載時，開啟一個計時器，如果在設(shè)定的時間段T內(nèi)，節(jié)點被分配了新的應(yīng)用，則節(jié)點保持原有的工作狀態(tài)；否者如果節(jié)點通過時間段后仍處于空閑狀態(tài)，節(jié)點將被設(shè)置到低功耗狀態(tài)，直到節(jié)點接收到外界輸入的應(yīng)用。在節(jié)點狀態(tài)轉(zhuǎn)換時，會有一定的延遲以及額外的功耗，使節(jié)點性能降低，在此通過對服務(wù)器歷史數(shù)據(jù)分析預(yù)測節(jié)點的空閑和運行時間段，從而對服務(wù)器進行預(yù)啟動和預(yù)關(guān)段。在預(yù)啟動和預(yù)關(guān)段過程中通過智能平臺管理接口(IntelligentPlatform Management Interface, IPMI)遠程對服務(wù)器進行狀態(tài)轉(zhuǎn)換。
[0055]P2:輸出采用動態(tài)電源管理策略(DPM)的隨機控制算法。即把服務(wù)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換看成一個隨機最優(yōu)化問題，通過建立連續(xù)時間的馬兒可夫模型，確定線性規(guī)劃LP多項式方程。LP的控制方案就是一個靜態(tài)的集群節(jié)能隨機策略，同時這個控制策略是全局最優(yōu)的。
[0056]P3:輸出采用動態(tài)電壓與頻率調(diào)節(jié)(DVFS)機制，根據(jù)組件所執(zhí)行應(yīng)用對計算機計算能力的不同要求，動態(tài)的調(diào)節(jié)單機組件的運行頻率和電壓，在保障系統(tǒng)性能的情況下使組件在不同的應(yīng)用條件下處于不同的電壓和頻率，從而實現(xiàn)節(jié)約能耗的目的。
[0057]P4:輸出利用冗余機制，各個組件負載過高，利用調(diào)度算法，開啟冗余設(shè)備分擔服務(wù)器負載，同時把服務(wù)器進行分類，設(shè)定節(jié)點優(yōu)先級，使CPU性能好的服務(wù)器優(yōu)先處理計算密集的應(yīng)用請求。
[0058]三、模糊控制規(guī)則
[0059]模糊控制器以集合A服務(wù)器的組件負載作為輸入,設(shè)Al代表CPU負載，A2代表內(nèi)存負載，A3代表磁盤負載，以離散論域為集合P作為輸出，而根據(jù)本發(fā)明的實施例，采用“IFB AND C AND D，THEN U”來描述輸入到輸出的轉(zhuǎn)換模糊控制規(guī)則，第一條為IF Al=ZE ANDA2=ZE AND A3=ZE, THEN U=Pl0以Al、A2、A3為例用表格來歸納所有的模糊控制規(guī)則。
[0060]表1為Al為ZE時模糊控制規(guī)則。
【權(quán)利要求】
1.一種集群服務(wù)器的功耗調(diào)節(jié)方法，其特征在于，包括: 對于所述集群服務(wù)器中的每臺服務(wù)器，獲取該服務(wù)器中的多個組件的負載信息； 根據(jù)預(yù)定的功耗控制策略對獲取的所述負載信息進行模糊推理，得到功耗調(diào)節(jié)方式； 根據(jù)所述功耗調(diào)節(jié)方式對該服務(wù)器中的多個組件進行功耗調(diào)節(jié)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功耗調(diào)節(jié)方法，其特征在于，所述功耗控制策略包括多個組件的負載狀況等級的多個組合與功耗調(diào)節(jié)方式的對應(yīng)關(guān)系。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的功耗調(diào)節(jié)方法，其特征在于，根據(jù)預(yù)定的功耗控制策略對獲取的所述負載信息進行模糊推理包括: 對獲取的該服務(wù)器中每個組件的負載信息進行模糊化，確定每個組件的負載狀況等級； 根據(jù)多個組件的負載狀況等級的組合，在所述功耗控制策略中查找與確定的所述組合對應(yīng)的功耗調(diào)節(jié)方式。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功耗調(diào)節(jié)方法，其特征在于，所述功耗調(diào)節(jié)方式包括以下至少之一: 動態(tài)電源管理的基于閾值算法、動態(tài)電源管理的隨機控制算法、動態(tài)電壓與頻率調(diào)節(jié)機制、冗余機制。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的功耗調(diào)節(jié)方法，其特征在于，通過重心法對模糊推理的結(jié)果進行清晰化得到功耗調(diào)節(jié)方式。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功耗調(diào)節(jié)方法，其特征在于，根據(jù)預(yù)定的功耗控制策略對獲取的所述負載信息進行模糊推理，得到功耗調(diào)節(jié)方式包括: 根據(jù)預(yù)定的功耗控制策略通過mamdani模型對獲取的所述負載信息進行模糊推理，得到功耗調(diào)節(jié)方式。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項所述的功耗調(diào)節(jié)方法，其特征在于，所述多個組件包括以下至少之一: CPU、內(nèi)存、磁盤、供電單元。
8.一種集群服務(wù)器的功耗調(diào)節(jié)裝置，其特征在于，包括: 獲取模塊，用于對于所述集群服務(wù)器中的每臺服務(wù)器，獲取該服務(wù)器中的多個組件的負載信息； 獲得模塊，用于根據(jù)預(yù)定的功耗控制策略對獲取的所述負載信息進行模糊推理，得到功耗調(diào)節(jié)方式； 根據(jù)所述功耗調(diào)節(jié)方式對該服務(wù)器中的多個組件進行功耗調(diào)節(jié)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的功耗調(diào)節(jié)裝置，其特征在于，所述功耗控制策略包括多個組件的負載狀況等級的多個組合與功耗調(diào)節(jié)方式的對應(yīng)關(guān)系。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的功耗調(diào)節(jié)裝置，其特征在于，所述獲得模塊還包括確定模塊和查找模塊，所述確定模塊用于對獲取的該服務(wù)器中每個組件的負載信息進行模糊化，確定每個組件的負載狀況等級； 所述查找模塊用于根據(jù)多個組件的負載狀況等級的組合，在所述功耗控制策略中查找與確定的所述組合對應(yīng)的功耗調(diào)節(jié)方式。
【文檔編號】G06F1/32GK103605418SQ201310505438
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年10月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月23日
【發(fā)明者】王家堯, 張晉鋒, 周潤林, 朱春鴿 申請人:曙光信息產(chǎn)業(yè)(北京)有限公司, 國家計算機網(wǎng)絡(luò)與信息安全管理中心