專利名稱：一種適用于千萬(wàn)億次計(jì)算機(jī)機(jī)群的低功耗管理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對(duì)局域網(wǎng)中各節(jié)點(diǎn)能耗管理，更特別地說(shuō)，是指一種適用于千萬(wàn) 億次計(jì)算機(jī)對(duì)機(jī)群的低功耗管理方法。
背景技術(shù)：
隨著高性能計(jì)算的發(fā)展，器件功耗逐漸增加，在高密度計(jì)算的環(huán)境下，熱設(shè)計(jì)的難 度越來(lái)越高，功耗帶來(lái)的超級(jí)計(jì)算機(jī)或數(shù)據(jù)中心的運(yùn)行成本日益高漲。很多大型機(jī)在設(shè)計(jì) 過(guò)程中已經(jīng)把如何有效控制系統(tǒng)功耗作為一個(gè)設(shè)計(jì)原則。功耗控制是千萬(wàn)高效能計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)中需要考慮的重要因素。機(jī)群系統(tǒng)的運(yùn)行功耗在整個(gè)運(yùn)行成本中站有相當(dāng)比重，即使通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)將峰值 功耗控制在較低水平上，其產(chǎn)生的費(fèi)用也是相當(dāng)驚人的；另一方面，對(duì)于千萬(wàn)億次計(jì)算機(jī)這 種大規(guī)模系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，其滿負(fù)荷運(yùn)行的時(shí)間在整個(gè)運(yùn)行時(shí)間中所占比例并不高，換句話說(shuō)，相 當(dāng)多的節(jié)點(diǎn)在很多時(shí)間處于空閑狀態(tài)。因此，在不影響性能的前提下，有效地降低系統(tǒng)運(yùn)行 時(shí)的功耗，是非常重要的。由于在高性能計(jì)算中，對(duì)于每一個(gè)任務(wù)，不能準(zhǔn)確估計(jì)其在某一個(gè)節(jié)點(diǎn)上的執(zhí)行 時(shí)間長(zhǎng)度，并且任務(wù)的到來(lái)只能通過(guò)統(tǒng)計(jì)方法給出一個(gè)大致分布，所以對(duì)于節(jié)點(diǎn)的空閑時(shí) 間與時(shí)刻不能進(jìn)行有效估計(jì)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種適用于千萬(wàn)億次計(jì)算機(jī)機(jī)群的低功耗管理方法，該方法 通過(guò)節(jié)點(diǎn)自身的休眠時(shí)間定制來(lái)實(shí)現(xiàn)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的低功耗。在分析現(xiàn)有的低功耗管理/控制 的方法和策略的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)系統(tǒng)級(jí)上有效降低千萬(wàn)億高效能計(jì)算機(jī)運(yùn)行能耗的策略和方 法。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行代碼的開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)，為高效能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟件的其他模塊提供功耗管理/ 控制接口，在保證千萬(wàn)億次計(jì)算機(jī)運(yùn)行效率的前提下，實(shí)現(xiàn)盡可能降低運(yùn)行時(shí)能耗的目的。本發(fā)明機(jī)群的低功耗管理方法執(zhí)行下列步驟步驟一開(kāi)機(jī)后，通過(guò)服務(wù)器向各節(jié)點(diǎn)發(fā)出節(jié)能尺度識(shí)，所有節(jié)點(diǎn)歸入可接受任務(wù) 集N= {ni,n2,……，~}，可接受任務(wù)集N均可接受服務(wù)器發(fā)送的任務(wù)；n表示可接受任務(wù)的節(jié)點(diǎn)；j表示可接受任務(wù)節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)；步驟二 服務(wù)器將任務(wù)隊(duì)列A = {a” a2,……，ak}中的任務(wù)按照到達(dá)順序分配給 N中的節(jié)點(diǎn)，并從N中剔除該節(jié)點(diǎn)；若任務(wù)隊(duì)列A中沒(méi)有任務(wù)可供分配，則不進(jìn)行分配，直至任務(wù)到達(dá)；a表示任務(wù)隊(duì)列中的任務(wù)；k表示任務(wù)隊(duì)列中的任務(wù)個(gè)數(shù)；步驟三分配有任務(wù)的節(jié)點(diǎn)對(duì)接收到的任務(wù)進(jìn)行執(zhí)行，并將執(zhí)行完成的結(jié)束時(shí)刻
3通知服務(wù)器，并根據(jù)休眠關(guān)系
進(jìn)行休眠；步驟四待休眠時(shí)間到達(dá)，該節(jié)點(diǎn)向服務(wù)器發(fā)出一個(gè)可接近任務(wù)的信息，服務(wù)器收 到該信息后，將此節(jié)點(diǎn)加入可接受任務(wù)的節(jié)點(diǎn)集N= {ni,n2,……，中。本發(fā)明低功耗管理方法具有如下優(yōu)點(diǎn)(1)本發(fā)明通過(guò)改變傳統(tǒng)的以服務(wù)器為主導(dǎo)的設(shè)計(jì)方案，將必要的休眠時(shí)間交由 節(jié)點(diǎn)支配；休眠期間服務(wù)器不得向節(jié)點(diǎn)分配任務(wù)。因此該方法也是一種以節(jié)點(diǎn)節(jié)能為衡量 指標(biāo)的方法。(2)本發(fā)明所采用的方法不需要對(duì)任務(wù)的分布有所了解，也不需要知道任務(wù)的執(zhí) 行時(shí)間。方便管理與計(jì)算，同時(shí)省去服務(wù)器用于統(tǒng)計(jì)及分析的時(shí)間與能量消耗。


圖1是機(jī)群系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖2A是有無(wú)管控機(jī)群在不同任務(wù)密度下的總執(zhí)行時(shí)間對(duì)比。圖2B是有無(wú)管控機(jī)群在不同任務(wù)密度下的消耗能量對(duì)比。圖3A是有無(wú)管控機(jī)群在不同節(jié)點(diǎn)數(shù)量下的總運(yùn)行時(shí)間對(duì)比。圖3B是有無(wú)管控機(jī)群在不同節(jié)點(diǎn)數(shù)量下的消耗能量對(duì)比。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。在適用于千萬(wàn)億次計(jì)算機(jī)機(jī)群中出于節(jié)能目的，不能將節(jié)點(diǎn)始終保持在運(yùn)行狀 態(tài)；又由于節(jié)點(diǎn)由低能耗狀態(tài)轉(zhuǎn)入運(yùn)行狀態(tài)需要消耗一定的能量，導(dǎo)致沒(méi)有目的的休眠節(jié) 點(diǎn)往往會(huì)產(chǎn)生更高的能耗。于是，欲達(dá)到節(jié)能目的，節(jié)點(diǎn)進(jìn)入休眠狀態(tài)后，即要保持一定時(shí)間，再進(jìn)行喚醒。本發(fā)明僅針對(duì)千萬(wàn)億次計(jì)算機(jī)機(jī)群處于運(yùn)行狀態(tài)和休眠狀態(tài)的模式進(jìn)行分析。假設(shè)任意節(jié)點(diǎn)(任意一個(gè)千萬(wàn)億次計(jì)算機(jī))在運(yùn)行狀態(tài)的功率為Pw，休眠狀態(tài)功 率為Ps，由休眠狀態(tài)轉(zhuǎn)入運(yùn)行狀態(tài)需耗能記為3。對(duì)每一個(gè)節(jié)點(diǎn)賦一個(gè)節(jié)能尺度記為0。在此尺度下，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)每次的休眠時(shí)長(zhǎng)仁 都與前一次運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)tw存在的休眠關(guān)系為
，即 本發(fā)明機(jī)群的低功耗管理方法執(zhí)行下列步驟步驟一開(kāi)機(jī)后，通過(guò)服務(wù)器向各節(jié)點(diǎn)發(fā)出節(jié)能尺度0 ,所有節(jié)點(diǎn)歸入可接受任務(wù) 集N= {ni,n2,……，~}，可接受任務(wù)集N均可接受服務(wù)器發(fā)送的任務(wù)；n表示可接受任務(wù)的節(jié)點(diǎn)；j表示可接受任務(wù)節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)；步驟二 服務(wù)器將任務(wù)隊(duì)列A = { ，a2,……，ak}中的任務(wù)按照到達(dá)順序分配給 N中的節(jié)點(diǎn)，并從N中剔除該節(jié)點(diǎn)；
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若任務(wù)隊(duì)列A中沒(méi)有任務(wù)可供分配，則不進(jìn)行分配，直至任務(wù)到達(dá)；a表示任務(wù)隊(duì)列中的任務(wù)；k表示任務(wù)隊(duì)列中的任務(wù)個(gè)數(shù)；步驟三分配有任務(wù)的節(jié)點(diǎn)對(duì)接收到的任務(wù)進(jìn)行執(zhí)行，并將執(zhí)行完成的結(jié)束時(shí)刻 通知服務(wù)器，并根據(jù)休眠關(guān)系^^^^^進(jìn)行休眠；步驟四待休眠時(shí)間到達(dá)，該節(jié)點(diǎn)向服務(wù)器發(fā)出一個(gè)可接近任務(wù)的信息，服務(wù)器收 到該信息后，將此節(jié)點(diǎn)加入可接受任務(wù)的節(jié)點(diǎn)集N= {ni,n2,……，中。在不同任務(wù)密度下的千萬(wàn)億次計(jì)算機(jī)機(jī)群系統(tǒng)的低功耗管理測(cè)試參見(jiàn)圖2A、圖2B所示，該圖為機(jī)群的節(jié)點(diǎn)數(shù)量設(shè)為128個(gè)，參加測(cè)試的任務(wù)量為 1000個(gè)。圖中分別對(duì)比了，任務(wù)密度為1、10、100、1000、10000等五個(gè)檔次的環(huán)境中，執(zhí)行任 務(wù)需要花費(fèi)的總時(shí)間和總消耗能量。此處的任務(wù)密度指的是任務(wù)平均執(zhí)行時(shí)間與每?jī)蓚€(gè)任 務(wù)到達(dá)時(shí)間差的比例。整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)在IBM HS21刀片服務(wù)器上進(jìn)行搭建，測(cè)試過(guò)程中使用威格電子 GDW1200C型功率儀對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的能耗進(jìn)行測(cè)量。測(cè)試系統(tǒng)內(nèi)的所有刀片上采用Red Hat Enterprise Linux 5. 0操作系統(tǒng)，并將內(nèi)核升級(jí)至2. 6. 30版本。表1任務(wù)密度不同的機(jī)群系統(tǒng)執(zhí)行時(shí)間及消耗能量對(duì)比 注無(wú)管控是指未運(yùn)行本發(fā)明低功耗策略的千萬(wàn)億次計(jì)算機(jī)構(gòu)成的機(jī)群。使用管控是指運(yùn)行本發(fā)明低功耗策略的千萬(wàn)億次計(jì)算機(jī)構(gòu)成的機(jī)群。如圖2A、圖2B及表1中所示，當(dāng)任務(wù)密度在100以下時(shí)(此密度可以更高)，使 用管控機(jī)群執(zhí)行時(shí)間與無(wú)管控機(jī)群執(zhí)行時(shí)間相同。而消耗能量方面，使用管控機(jī)群能耗比 例隨著任務(wù)密度增加而增加，當(dāng)任務(wù)密度為1時(shí)，使用管控機(jī)群消耗能量為無(wú)管控機(jī)群的 20% ；但是，當(dāng)任務(wù)密度大于100時(shí)，使用管控機(jī)群的任務(wù)執(zhí)行時(shí)間有了非常大的損失。這 是因?yàn)椋蝿?wù)密度過(guò)大時(shí)，空閑時(shí)間則相應(yīng)過(guò)短，運(yùn)行本發(fā)明低功耗管理策略的節(jié)點(diǎn)仍然轉(zhuǎn) 入休眠狀態(tài)，從而延長(zhǎng)了整個(gè)機(jī)群系統(tǒng)的總執(zhí)行時(shí)間。在不同節(jié)點(diǎn)數(shù)量下的千萬(wàn)億次計(jì)算機(jī)機(jī)群系統(tǒng)的低功耗管理測(cè)試參見(jiàn)圖3A、圖3B所示，固定任務(wù)數(shù)量為1000個(gè)，任務(wù)密度為100。圖中分別對(duì)比 了，機(jī)群節(jié)點(diǎn)數(shù)量為16、32、64、128、256等五個(gè)檔次的環(huán)境中機(jī)群執(zhí)行任務(wù)需要花費(fèi)的總 時(shí)間和總消耗能量。整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)在IBM HS21刀片服務(wù)器上進(jìn)行搭建，測(cè)試過(guò)程中使用威格電子 GDW1200C型功率儀對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的能耗進(jìn)行測(cè)量。測(cè)試系統(tǒng)內(nèi)的所有刀片上采用Red HatEnterprise Linux 5. 0操作系統(tǒng)，并將內(nèi)核升級(jí)至2. 6. 30版本。
表2節(jié)點(diǎn)規(guī)模不同的機(jī)群系統(tǒng)的執(zhí)行時(shí)間及消耗能量對(duì)比 注無(wú)管控是指未運(yùn)行本發(fā)明低功耗策略的千萬(wàn)億次計(jì)算機(jī)構(gòu)成的機(jī)群。使用管控是指運(yùn)行本發(fā)明低功耗策略的千萬(wàn)億次計(jì)算機(jī)構(gòu)成的機(jī)群。如圖3A、圖3B及表2中所示，使用管控機(jī)群任務(wù)執(zhí)行時(shí)間及消耗能量比例隨著節(jié) 點(diǎn)規(guī)模的增加而減少。其中，消耗能量始終小于無(wú)管控機(jī)群消耗的能量。而執(zhí)行時(shí)間，在機(jī) 群規(guī)模小于64時(shí)，有明顯延長(zhǎng)。這是因?yàn)?，?jié)點(diǎn)數(shù)量少，而任務(wù)數(shù)量固定，則由本發(fā)明策略 決定的休眠次數(shù)增加，從而使服務(wù)器任務(wù)隊(duì)列中的任務(wù)長(zhǎng)時(shí)間等待分配。
權(quán)利要求
一種適用于千萬(wàn)億次計(jì)算機(jī)機(jī)群的低功耗管理方法，其特征在于低功耗管理執(zhí)行下列步驟步驟一開(kāi)機(jī)后，通過(guò)服務(wù)器向各節(jié)點(diǎn)發(fā)出節(jié)能尺度所有節(jié)點(diǎn)歸入可接受任務(wù)集N＝{n1，n2，……，nj}，可接受任務(wù)集N均可接受服務(wù)器發(fā)送的任務(wù)；n表示可接受任務(wù)的節(jié)點(diǎn)；j表示可接受任務(wù)節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)；步驟二服務(wù)器將任務(wù)隊(duì)列A＝{a1，a2，……，ak}中的任務(wù)按照到達(dá)順序分配給N中的節(jié)點(diǎn)，并從N中剔除該節(jié)點(diǎn)；若任務(wù)隊(duì)列A中沒(méi)有任務(wù)可供分配，則不進(jìn)行分配，直至任務(wù)到達(dá)；a表示任務(wù)隊(duì)列中的任務(wù)；k表示任務(wù)隊(duì)列中的任務(wù)個(gè)數(shù)；步驟三分配有任務(wù)的節(jié)點(diǎn)對(duì)接收到的任務(wù)進(jìn)行執(zhí)行，并將執(zhí)行完成的結(jié)束時(shí)刻通知服務(wù)器，并根據(jù)休眠關(guān)系進(jìn)行休眠；步驟四待休眠時(shí)間到達(dá)，該節(jié)點(diǎn)向服務(wù)器發(fā)出一個(gè)可接近任務(wù)的信息，服務(wù)器收到該信息后，將此節(jié)點(diǎn)加入可接受任務(wù)的節(jié)點(diǎn)集N＝{n1，n2，……，nj}中。FSA00000060926700011.tif,FSA00000060926700012.tif
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于千萬(wàn)億次計(jì)算機(jī)機(jī)群的低功耗管理方法，其特征在 于僅針對(duì)千萬(wàn)億次計(jì)算機(jī)機(jī)群處于運(yùn)行狀態(tài)和休眠狀態(tài)的模式進(jìn)行分析。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種適用于千萬(wàn)億次計(jì)算機(jī)機(jī)群的低功耗管理方法，該方法僅針對(duì)千萬(wàn)億次計(jì)算機(jī)機(jī)群處于運(yùn)行狀態(tài)和休眠狀態(tài)的模式進(jìn)行分析。假設(shè)任意節(jié)點(diǎn)在運(yùn)行狀態(tài)的功率為Pw，休眠狀態(tài)功率為Ps，由休眠狀態(tài)轉(zhuǎn)入運(yùn)行狀態(tài)需耗能記為β。對(duì)每一個(gè)節(jié)點(diǎn)賦一個(gè)節(jié)能尺度記為在此尺度下，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)每次的休眠時(shí)長(zhǎng)tr都與前一次運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)tw存在的休眠關(guān)系為待休眠時(shí)間到達(dá)，該節(jié)點(diǎn)向服務(wù)器發(fā)出一個(gè)可接近任務(wù)的信息，服務(wù)器收到該信息后，將此節(jié)點(diǎn)加入可接受任務(wù)的節(jié)點(diǎn)集N＝{n1，n2，……，nj}中。本發(fā)明方法通過(guò)節(jié)點(diǎn)自身的休眠時(shí)間定制來(lái)實(shí)現(xiàn)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的低功耗，設(shè)計(jì)系統(tǒng)級(jí)上有效降低千萬(wàn)億高效能計(jì)算機(jī)運(yùn)行能耗的策略和方法，在保證千萬(wàn)億次計(jì)算機(jī)運(yùn)行效率的前提下，實(shí)現(xiàn)盡可能降低運(yùn)行時(shí)能耗的目的。
文檔編號(hào)H04L29/06GK101847044SQ20101013093
公開(kāi)日2010年9月29日 申請(qǐng)日期2010年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月22日
發(fā)明者劉軼, 彭緋, 錢德沛, 陳杰 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)