基于動態(tài)調頻的數(shù)據(jù)中心能耗管理方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)中心中能耗管理，具體是一種基于動態(tài)調頻的能耗管理方法和系 統(tǒng)。
【背景技術】
[0002] 隨著云計算在各個領域中的廣泛應用，數(shù)據(jù)中心的能耗也有所增加，電力成本已 經(jīng)成為數(shù)據(jù)中心總支出的主要部分。如何降低電力開支是綠色數(shù)據(jù)中心的管理者需要解決 的重要問題之一。其中CPU是服務器中最主要的耗能部件，其動態(tài)功耗與其運行時的電壓 與頻率有關，利用現(xiàn)代處理器所支持的動態(tài)電壓調節(jié)功能，根據(jù)服務器的負載，動態(tài)的調節(jié) 頻率和電壓改變處理器功耗狀態(tài)，降低能耗，起到節(jié)能減排作用?，F(xiàn)有動態(tài)調節(jié)算法根據(jù)服 務對計算能力的不同需求，周期性地動態(tài)調節(jié)處理器的電壓與頻率，或者根據(jù)服務不同時 期對處理器的需求，調整不同時間段的CPU頻率，以降低服務器上電能的消耗。然而，當前 調頻策略中調頻的時機以及如何調頻仍是一個難點，同時調頻策略也主要集中在單個服務 器上，對整個數(shù)據(jù)中心中服務的分布對能耗的影響沒有充分考慮。

【發(fā)明內容】

[0003] 發(fā)明目的：為了解決現(xiàn)有的數(shù)據(jù)中心能耗管理技術的不足，本專利提供一種基于 動態(tài)調頻的數(shù)據(jù)中心能耗管理方法，同時也提供使用基于動態(tài)調頻的數(shù)據(jù)中心能耗管理方 法的系統(tǒng)。
[0004] 技術方案：為解決上述技術問題，本發(fā)明提供的基于動態(tài)調頻的數(shù)據(jù)中心能耗管 理方法，通過單個服務器上的調頻節(jié)能和能量感知的任務調度來進行能耗管理；
[0005] 所述單個服務器上的調頻節(jié)能包括：將任務數(shù)目不變的時間段看作一個調頻單 元，根據(jù)能耗模型和任務信息估算每一個單元內消耗的能量，利用啟發(fā)式算法選擇使得所 有單元能耗之和最小的調頻方式來調整各單元的處理器頻率；
[0006] 所述能量感知的任務調度包括：當一個新的任務到達，控制器根據(jù)監(jiān)控到的各個 服務器的狀態(tài)和分析得到的新任務的信息選出一組候選服務器，將該新任務信息分發(fā)到各 個候選服務器；各個候選服務器利用單個服務器上的調頻節(jié)能方法估算出當前負載下的最 低能耗和分配到新任務后的最低能耗之間的差值并將該值返回給控制器；控制器搜集各個 服務器的返回信息并選擇能耗變化最小的候選服務器分配新到達的任務；接收到新任務的 服務器利用單個服務器上的調頻節(jié)能方法調節(jié)頻率，運行新的任務。
[0007] 優(yōu)選的，所述單個服務器上的調頻節(jié)能包括以下步驟：
[0008] 11)獲取當前服務器上各個CPU的利用率及工作頻率、任務的數(shù)目及運行所需的 (PU資源、服務器可以調節(jié)的頻率范圍；
[0009] 12)利用啟發(fā)式算法通過計算不同調頻狀態(tài)下的能耗總和來選擇能夠產生最小能 耗的頻率組合狀態(tài)s m;
[0010] 13)由于得到的頻率組合是當前服務器負載下的結果，因此將當前CPU的頻率設 置為Sm第一個調頻單元中的頻率組合，各個處理器保持設定的頻率運行，直到任務數(shù)目產 生變化，即當前調頻單元結束；
[0011] 14)當有新的任務被分配到指定服務器或者該服務器上有任務結束時，服務器的 任務數(shù)目發(fā)生變化，即當前調頻單元結束，重復上述步驟11)至步驟13)為當前負載下的服 務器選擇新的最優(yōu)頻率組合來最小化能量消耗。
[0012] 優(yōu)選的，使用該能耗管理方法的系統(tǒng)包括控制器和集群服務器，所述控制器上由 控制器操作的模塊包括任務分析模塊、服務器監(jiān)控模塊和任務分配模塊，所述集群服務器 中由單個服務器操作的模塊包括能耗估算模塊；所述服務器間能量感知的任務調度包括以 下步驟：
[0013] 21)當一個新的任務到達集群，控制器通過任務分析模塊獲得任務的信息，并將 任務的信息發(fā)送給服務器監(jiān)控模塊，將任務的信息和任務發(fā)送給任務分配模塊；
[0014] 22)服務器監(jiān)控模塊根據(jù)監(jiān)控到的各個服務器的狀態(tài)和分析得到的新任務信息， 選出一組候選服務器并發(fā)送給任務分配模塊；
[0015] 23)任務分配模塊將任務的信息發(fā)送給各個候選服務器，等待各個候選服務器返 回結果；
[0016] 24)各個候選服務器接收到任務分配模塊所發(fā)送的任務信息后，利用所述單個服 務器上的調頻節(jié)能方法計算得到當前狀態(tài)下最低的能耗Ei，同時計算如果新任務被分配到 該服務器上后得到的新的最低能耗E 2，計算兩個最低能耗之間的差值并將該差值通過服務 器監(jiān)控模塊返回給任務分配模塊，并記錄下對應^的最佳調頻狀態(tài)S m;本步驟中最低能耗 EJP E2通過上述單個服務器上的調頻節(jié)能方法的步驟11)和步驟12)計算得到；
[0017] 25)任務分配模塊接收到各個候選服務器的返回能耗差值結果，從中選出能耗變 化最小的服務器作為指定服務器，發(fā)送任務到指定服務器完成新的任務分配；
[0018] 26)當新任務分配到指定服務器上之后，該服務器根據(jù)步驟24)中記錄的最佳頻 率狀態(tài)S m調整處理器運行頻率；控制器等待新的任務的到來。
[0019] 優(yōu)選的，所述單個服務器上的調頻節(jié)能的步驟12)中的能耗總和計算方式如下： [0020] 對于有Np個調頻單元的某個服務器，其中T k表示第k個調頻單元的長度，U k和F k 分別表示第k個調頻單元中的各個CPU的利用率和頻率，則該服務器在上述狀態(tài)下的能耗 總和為
【主權項】
1. 一種基于動態(tài)調頻的數(shù)據(jù)中心能耗管理方法，其特征在于：該方法通過單個服務器 上的調頻節(jié)能和能量感知的任務調度來進行能耗管理； 所述單個服務器上的調頻節(jié)能包括：將任務數(shù)目不變的時間段看作一個調頻單元，根 據(jù)能耗模型和任務信息估算每一個單元內消耗的能量，利用啟發(fā)式算法選擇使得所有單元 能耗之和最小的調頻方式來調整各單元的處理器頻率； 所述能量感知的任務調度包括：當一個新的任務到達，控制器根據(jù)監(jiān)控到的各個服務 器的狀態(tài)和分析得到的新任務的信息選出一組候選服務器，將該新任務信息分發(fā)到各個候 選服務器；各個候選服務器利用單個服務器上的調頻節(jié)能方法估算出當前負載下的最低能 耗和分配到新任務后的最低能耗之間的差值并將該值返回給控制器；控制器搜集各個服務 器的返回信息并選擇能耗變化最小的候選服務器分配新到達的任務；接收到新任務的服務 器利用單個服務器上的調頻節(jié)能方法調節(jié)頻率，運行新的任務。
2. 根據(jù)權利要求1所述的基于動態(tài)調頻的數(shù)據(jù)中心能耗管理方法，其特征在于： 所述單個服務器上的調頻節(jié)能包括以下步驟： 11) 獲取當前服務器上各個CPU的利用率及工作頻率、任務的數(shù)目及運行所需的CPU資 源、服務器可以調節(jié)的頻率范圍； 12) 利用啟發(fā)式算法通過計算不同調頻狀態(tài)下的能耗總和來選擇能夠產生最小能耗的 頻率組合狀態(tài)Sm; 13) 由于得到的頻率組合是當前服務器負載下的結果，因此將當前CPU的頻率設置為 Sm第一個調頻單元中的頻率組合，各個處理器保持設定的頻率運行，直到任務數(shù)目產生變 化，即當前調頻單元結束； 14) 當有新的任務被分配到指定服務器或者該服務器上有任務結束時，服務器的任務 數(shù)目發(fā)生變化，即當前調頻單元結束，重復上述步驟11)至步驟13)為當前負載下的服務器