专利名称：基于pcm的数据中心的节能方法
技术领域：
本发明涉及的是ー种计算机应用技术领域的系统及方法，具体是基于PCM的数据中心的节能方法。
背景技术：
随着云计算的兴起，如何进行数据中心的管理和节能研究逐渐成为热点。数据中心通常规模庞大，建立和维护费用十分昂贵。尽管数据中心能够提供強大的运算能力，但是 数据中心的耗电量随着服务器的数目呈指数増加，这对于电カ能源的消耗是巨大的。目前针对虚拟数据中心的节能方法有两种一种是基于虚拟机资源的整合的研究，通过虚拟机的迁移，牺牲部分CPU的利用率来达到节能；ー种是基于DVFS的研究，通过调节CPU的频率来进行节能的研究。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，而只有让计算机进入睡眠状态才能大幅度降低电能消耗。
发明内容
本发明针对现有情况的不足，提出一种基于PCM的数据中心的节能方法，服务器执行基于相变存储器(PCM)的休眠和唤醒，这种方法能够有效的改进服务器的在执行休眠(standby)策略时，休眠到RAM的可靠性比较低、能耗浪费的问题，同时能够有效的減少服务器休眠到磁盘(DISK)后需要的较长的启动时间的问题。本发明通过以下技术方案实现。一种基于PCM的数据中心，包括相互连接的动态随机存取存储器(DRAM)、磁盘及若干服务器，还包括PCM，所述PCM分别与DRAM和磁盘相连接。一种基于PCM的数据中心的节能方法，包括以下步骤第一歩，用户发出休眠指令，操作系统冻结进程到PCM中，切断电源；第二步，操作系统从PCM中读取数据，恢复寄存器的值和进程运行状态。所述第一步中操作系统进入管理设备电源的抽象接ロ(ACPI)的相应的状态。所述ACPI状态是指管理电源的抽象接ロ，包括S0，SI，S2，S3，S4，S5，其中-SO为常规工作状态；-SI为系统上下文不丢失，可能关闭显示器能少量外围设备；-S2为CPU状态和缓存数据会丢失；-S3为除内存外所有的系统上下文均丢失，可以将CPU和ニ级缓存中的部分内容保存到内存中；-S4为所有设备的电カ都被关闭，但主板的上下文会保存；-S5为与S4相似，操作系统不保存任何上下文，唤醒时需要经过完整的启动过程。本发明的技术特点和效果包括利用PCM的非发挥特性和快速读写特性，用PCM替代传统的存储器，使服务器在休眠的时候保存数据到PCM中，然后切断设备电源，在服务器唤醒的过程，从PCM进行唤醒操作。一台普通的计算机在CPU的耗电量在8(Tl00W/h。而CPU处于空闲状态时候，耗电量在6(T80W/h.所以无论是台式机还是服务器，降低CPU的利用率只能在一定程度上降低非常有限的能耗，而只有通过让计算机进入睡眠状态才能大幅度降低能耗。当服务器运行的30%的时间里处于休眠到PCM状态的吋，单个服务器能耗节约达到26. 97%，当服务器运行的60%的时间里处于休眠到PCM的状态时，单个服务器能耗节约达到54. 75%。
图I为发明系统架构示意图；图2为休眠到PCM的逻辑示意图；图3为从PCM唤醒的逻辑示意图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。实施例I如图I所示，本实施例包括相互连接的动态随机存取存储器(DRAM)、磁盘及若干服务器，还包括相变存储器(PCM)，该PCM分别与DRAM和磁盘相连接。PCM是指ー种新型的固态半导体非挥发性存储器，它的存储是基于硫系化合材料再电脉冲作用下的快速相变，本发明所用的是PCM的非发挥特性和快速读写的特性。PCM的非发挥特性是指相较于RAM需要电カ周期刷新维护数据，PCM的具有固有数据保存性，在断电的情况下仍能保持原有数据，提高了休眠后的可靠性。PCM的快速读写特性是指相较于RAM可以快速访问的特性，PCM也拥有快速访问的特性，使得服务器在休眠后能够快速恢复和唤醒，不损失良好的用户体验。实施例2实施例2为利用实施例I提供的基于PCM的数据中心的节能方法。本实施例是基于PCM的数据中心的能耗节约方法，包括两个阶段第一个阶段是服务器休眠到PCM上；第二阶段为服务器从PCM上被唤醒。本实施例包括以下步骤第一歩，用户发出休眠指令，操作系统冻结进程到PCM中，切断电源；用户发出休眠命令服务器后，服务器休眠到PCM上，在此过程中操作系统冻结和保存数据，并将休眠指令传递给底层硬件相变存储器，使得系统进入管理设备电源的抽象接ロ(ACPI)的相应的状态；第二步，操作系统从PCM中读取数据，恢复寄存器的值和进程运行状态；当服务器被唤醒的时候，服务器从PCM上被唤醒。在这个过程中，把保存在相变存储器中的数据直接作为当前虚拟机的内存数据，虚拟机启动后，从内存中读取保存的数据恢复状态、解冻进程。休眠到PCM阶段是指如图2所示，当用户发出休眠指令后，操作系统首先冻结系统中的进程，然后保存CPU寄存器的状态，这些数据都保存在作为主存的动态随机存储器中。操作系统完成这些工作之后会向下层的硬件平台发出ACPI休眠指令，控制权随之交给硬件平台。ACPI进入休眠状态，保存数据到PCM上，关闭电源供应。ACPI状态是指管理电源的抽象接ロ，这些接ロ既包括硬件接ロ，也包括一些软件和数据接ロ。根据计算机系统的硬件的工作状态、软件是否运行、电能消耗多少和是否需要重引导等定义了不同的系统状态。包括S0，SI，S2，S3，S4，S5。其中SO :常规工作状态；SI :系统上下文不丢失，可能关闭显示器能少量外围设备；S2 =CPU状态和缓存数据会丢失；S3 :除内存外所有的系统上下文均丢失，可以将CPU和ニ级缓存中的部分内容保 存到内存中；S4 :所有设备的电カ都被关闭，但主板的上下文会保存；S5 :与S4相似，操作系统不保存任何上下文，唤醒时需要经过完整的启动过程。服务器休眠到PCM上是指当用户执行休眠指令吋，操作系统冻结活动进程、保存寄存器数据到作为主存储器的PCM设备中，然后切断所有设备电源。如图3所示，服务器从PCM上被唤醒是指当服务器从休眠中被唤醒时，操作系统从PCM中读取数据，恢复寄存器的值和进程运行状态。从PCM上唤醒当用户发出唤醒操作后，具有唤醒功能的设备会产生ー个唤醒事件。这个唤醒事件是ー个电信号，会触发BIOS上的初始化芯片。可以把保存在相变存储器中的数据直接作为当前虚拟机的内存数据。虚拟机启动后，从内存中读取保存的数据恢复状态、解冻进程。通过上述步骤，采用5台CPU配置为Intel Core 2Duo,主频为3. OOGHz,BIOS version版本为v02. 61，ACPI Suspend类型为S3 (STR)，宿主操作系统为fedora2. 6. 32. 11-99. fcl2. i686. PAE，客户操作系统为 fedora 2. 6. 32. 11 的服务器，在服务器运行时间30%时间处于休眠时，节能可达26. 97%，60%休眠时节能可达54. 75%。对于拥有大規模服务器的数据中心的节能具有很重要的意义。以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
权利要求
1.一种基于PCM的数据中心，包括相互连接的DRAM、磁盘及若干服务器，其特征在于，还包括PCM，所述PCM分别与DRAM和磁盘相连接。
2.一种利用如权利要求I所述的基于PCM的数据中心的节能方法，其特征在于，包括以下步骤 第一步，用户发出休眠指令，操作系统冻结进程到PCM中，切断电源； 第二步，操作系统从PCM中读取数据，恢复寄存器的值和进程运行状态。
3.根据权利要求2所述的基于PCM的数据中心的节能方法，其特征在于，所述第一步中操作系统进入ACPI的相应的状态。
4.根据权利要求3所述的基于PCM的数据中心的节能方法，其特征在于，所述ACPI状态是指管理电源的抽象接口，包括SO、SI、S2、S3、S4及S5，其中 -SO为常规工作状态； -SI为系统上下文不丢失，可能关闭显示器能少量外围设备； -S2为CPU状态和缓存数据会丢失； -S3为除内存外所有的系统上下文均丢失，可以将CPU和二级缓存中的部分内容保存到内存中； -S4为所有设备的电力都被关闭，但主板的上下文会保存； -S5为与S4相似，操作系统不保存任何上下文，唤醒时需要经过完整的启动过程。
全文摘要
本发明公开了一种基于PCM的数据中心的节能方法，包括相互连接的动态随机存取存储器(DRAM)、磁盘(DISK)及若干服务器，还包括PCM，所述PCM分别与DRAM和磁盘相连接，其节能方法包括第一步，用户发出休眠指令，操作系统冻结进程到PCM中，切断电源；第二步，操作系统从PCM中读取数据，恢复寄存器的值和进程运行状态。本发明服务器执行基于PCM的休眠和唤醒，这种方法能够有效的改进服务器的在执行休眠(standby)策略时，休眠到RAM的可靠性比较低、能耗浪费的问题，同时能够有效的减少服务器休眠到磁盘后需要的较长的启动时间的问题。
文档编号G06F1/32GK102768571SQ20121019484
公开日2012年11月7日 申请日期2012年6月13日 优先权日2012年6月13日
发明者宦飞, 戚正伟, 管海兵, 訾晨杨, 高尚 申请人:上海交通大学