专利名称：一种集群功耗分配与控制方法
技术领域：
本发明涉及集群功耗管理领域，具体涉及一种集群功耗与分配与控制方法。
背景技术：
随着数据中心产品的科技进步，设计理念的日益翻新，数据中心的功率密度逐年加大，更强大的数据中心处理能力一直是追求的目标。但在能源开销与日俱增的今天，处理器及存储技术发展的另一面是需要消耗更多的资源。随着服务器密度的不断增大，供电需求也在相应增加，并由此产生了更多的热量。 实际上，数据中心供电与冷却供应不足的问题，已经成为许多公司实现其IT目标的羁绊。“根据IDC的调查显示，对每一美元的计算机硬件成本来说，大约50美分是花在了电力使用上，这一数字预计在今后4年里还将增长。”“ 18年前IBM在日本大阪采用环保和节能的解决方案在日本大阪建设了一个28000平方米的巨型数据中心，18年来，这个数据中心节约了超过50 %的能耗花费。，，同时，随着刀片式服务器、集群服务器的应用越来越普及，高密度数据中心的电源和制冷问题变得更加突出。现有数据中心的各种设备大多是单独进行管理的，例如盘阵，服务器，UPS，空调等，笔者认为其管理模式将向两个方向发展，一方面要根据外部环境变化和负载的波动进行统一任务调度并调节各种设备，实现更广泛意义上的最优化调度；另一方面，管理的粒度会更细，例如对每节点的任务进行调整，对每个CPU内核的主频进行单独调整，进行分区冷却等。服务器运行的应用一般不会频繁改变，可以将负载与功耗的实时数据保存下来形成历史数据，监控系统据此可以自动分析负载的特点与发展趋势并做出相应调整。现有的自动控制技术原则上既要保证功耗分配对负载波动的快速响应，又要避免过于频繁的调整造成电力资源的浪费。完善的功耗分配策略可以使管理员将精力集中在对负载特点的分析上，而不用为其具体数值以及调整时间等细节耗费大量精力。
发明内容
本发明从服务应用的角度和服务器部件两个层面考虑，实现对集群服器的功耗进行了控制，功耗的控制策略更适合于实际的应用，解决了实际服务器应用中，仅仅关注于部件中仅仅依靠判断CPU指令来进行功率调整的盲目性，从根本上解决了应用中的用户对计算机能力的需求和空闲时及时降耗的目的。一种集群功耗分配与控制方法，步骤如下A、设定集群功耗上限，判断该上限是否合理，若合理则使用，若不合理或者管理员没有设定，则按照规则获取集群功耗上限；B、为每个工作组指定一组策略，包括最大性能，最小功耗，自动调整；依据监控数据为工作组分配功耗；
C、各节点根据集群功耗控制策略获得各自功耗上限，通过调整CPU功率，内核开关以及部件的电源状态来调节功耗。本发明的一种优选技术方案在于步骤A中按规则取得集群功耗上限过程为，根据历史功耗负载值进行推算得到集群功耗上限，若无历史依据则使用集群理论最大功耗的 80%作为集群功耗上限。本发明的另一种优选技术方案在于工作组功耗分配过程为Bi、从历史数据中得到上一个调整周期内各个工作组功率消耗的峰值；B2、如果各个工作组的功率峰值之和小于集群的功耗上限；B3、按照各工作组的功耗峰值进行静态的初次分配；B4、如果各工作组的功耗之和大于或者等于集群的功耗上限；B5、按照平均功耗进行初次分配；B6、按照工作组优先级进行再次分配。本发明的再一种优选技术方案在于工作组内节点功耗分配过程为Cl、得到上一个调整周期内各个节点功率消耗的峰值；C2、如果各个节点的功率峰值之和小于集群的功耗上限，按照各节点的功耗峰值进行静态的初次分配，在整个调整周期内按照实际节点负载情况响应节点的动态功耗请求；C3、如果各节点的功耗之和大于或者等于工作组的功耗上限，按照平均功耗进行初次分配，按照节点优先级进行再次分配。通过本发明的方法可以有效控制集群服务器的功耗，达到了集群功耗控制和有效管理的目的，在不影响应用性能的情况下有效节省了集群服务器的电力消耗，方便了用户
的管理
图1集群功耗控制流程2工作组功耗控制流程3按请求动态分配流程4按平均功耗分配流程5按优先级动态分配流程图
具体实施例方式本方法将功耗看作是服务器的一种资源，将功耗资源划分成静态功耗和动态功耗来进行统一管理、分配和调度。静态功耗用于满足用户作业的固定需要，动态功耗用于满足不同节点的应急需要。功耗的分配依据一方面根据用户所指定的参数，另一方面是用户应用负载历史数据。1、集群功耗的确定与划分首先获取集群功耗上限，由集群管理员指定，首先确定指定的功耗上限是否合理， 判断其是否处于集群功耗的最大值与最小值之间，集群功耗最大值与最小值由实际测得。 如果集群功耗上限值合理则使用之，如果不合理或用户没有指定，则使用下面的方法取得集群功耗上限。集群功耗上限的自动获取如果没有历史数据则使用集群功耗上限的最大值的80%作为集群功耗上限，否则根据历史功耗负载值进行推算得到集群功耗上限。推算方法如下通过用户的历史数据分析集群的功耗上限把用户的实际应用运行较长的一段时间T ；把T平均分为η等份，分别为tl，t2，…，tn ；记录集群在各个调整周期tl，t2，…，tn的峰值功耗wl，w2，…，wn(令W = (wl+w2+··· +wn) /n)；记录集群在各个调整周期tl，t2，…，tn的平均功耗Awl，Aw2,…，Awn(令 Aff= (Awl+Aw2+--- + Awn)/n)；最终的功耗上限wlimit= ΔW+ (ff-ΔW)/2 ；2、功耗的分配首先为每个工作组指定一中功耗策略最大性能，最小功耗或自动调整。工作组的功耗分配按工作组的优先级大小来先后进行分配。其中功耗策略为最大性能时工作组优先级最大，最小功耗次之，自动调整的优先级依据策略指定值进行，如果没有指定则按组的先后顺序进行分配。其次工作组功耗分配依据监控数据(各组的上一调整周期的峰值功耗和平均功
^^^^ ) ο集群总的功耗上限是W;集群内有η个工作组；管理工作组的轮询周期为t ；管理工作组的功耗调整周期为T ； (T为t的整数倍)各个工作组的上一个调整周期的功耗峰值分别为wl’，w2’，-,wn'；各个工作组的下一个调整周期将被设置的静态功耗上限分别为wl，w2,…，wn ；令W，= wl' +w2' +...+wn，，Aff = ff-ff'；W*’表示按平均功耗初次分配后，各个工作组所分配的功耗上限之和。其分配流程描述如下1)从历史数据中得到上一个调整周期内各个工作组功率消耗的峰值。2)如果各个工作组的功率峰值之和小于集群的功耗上限3)按照各工作组的功耗峰值进行静态的初次分配；4)如果各工作组的功耗之和大于或者等于集群的功耗上限5)按照平均功耗进行初次分配(从优先级最低的工作组开始)；6)按照工作组优先级进行再次分配。工作组内节点功耗的分配流程如下工作组的功耗上限是W，工作组内共有η个节点；各个节点的上一个调整周期的功耗峰值分别为W1’，W2’，-,Wn'；各个节点的下一个调整周期将被设置的静态功耗分别为Wl，W2,…，Wn ；令ψ = W1' +W2，+ …+wn，，Aff = W-W'；
W*’表示按平均功耗初次分配后，各个节点所分配的功耗上限之和。其分配流程如下1)得到上一个调整周期内各个节点功率消耗的峰值。2)如果各个节点的功率峰值之和小于集群的功耗上限a)按照各节点的功耗峰值进行静态的初次分配；b)在整个调整周期内按照实际节点负载情况响应节点的动态功耗请求。3)如果各节点的功耗之和大于或者等于工作组的功耗上限a)按照平均功耗进行初次分配(从优先级最低的节点开始)；b)按照节点优先级进行再次分配。3、功耗调整本方法通过操作系统调整CPU的频率、内核的开关以及部件(例如硬盘)的电源状态从而调整节点的功耗。在集群总功耗受到控制时，各节点根据集群的功耗控制策略获得各自的功耗上限，通过各种控制接口调整节点的功耗以满足要求，同时，通过对节点负载和功耗的监控，可以动态向管理节点申请功耗。
权利要求
1.一种集群功耗分配与控制方法，其特征在于步骤如下A、设定集群功耗上限，判断该上限是否合理，若合理则使用，若不合理或者管理员没有设定，则按照规则获取集群功耗上限；B、为每个工作组指定一组策略，包括最大性能，最小功耗，自动调整；依据监控数据为工作组分配功耗；C、各节点根据集群功耗控制策略获得各自功耗上限，通过调整CPU功率，内核开关以及部件的电源状态来调节功耗。
2.如权利要求1所述一种集群功耗分配与控制方法，其特征在于步骤A中按规则取得集群功耗上限过程为，根据历史功耗负载值进行推算得到集群功耗上限，若无历史依据则使用集群理论最大功耗的80%作为集群功耗上限。
3.如权利要求1所述一种集群功耗分配与控制方法，其特征在于工作组功耗分配过程为Bi、从历史数据中得到上一个调整周期内各个工作组功率消耗的峰值；B2、如果各个工作组的功率峰值之和小于集群的功耗上限；B3、按照各工作组的功耗峰值进行静态的初次分配；B4、如果各工作组的功耗之和大于或者等于集群的功耗上限；B5、按照平均功耗进行初次分配；B6、按照工作组优先级进行再次分配。
4.如权利要求1所述一种集群功耗分配与控制方法，其特征在于工作组内节点功耗分配过程为Cl、得到上一个调整周期内各个节点功率消耗的峰值；C2、如果各个节点的功率峰值之和小于集群的功耗上限，按照各节点的功耗峰值进行静态的初次分配，在整个调整周期内按照实际节点负载情况响应节点的动态功耗请求；C3、如果各节点的功耗之和大于或者等于工作组的功耗上限，按照平均功耗进行初次分配，按照节点优先级进行再次分配。
全文摘要
本发明提供了一种集群功耗分配与控制方法，首先进行集群的功耗的确定与划分，在对集群功耗进行分配，最后进行功耗调整。通过本发明的方法可以有效控制集群服务器的功耗，达到了集群功耗控制和有效管理的目的，在不影响应用性能的情况下有效节省了集群服务器的电力消耗，方便了用户的管理。
文档编号H04L12/10GK102208986SQ20111006869
公开日2011年10月5日 申请日期2011年3月22日 优先权日2011年3月22日
发明者刘瑞贤, 张晋锋, 李麟, 雒新荣 申请人:曙光信息产业(北京)有限公司