专利名称：通过改变计算工作负载进行的随时间变化的能量源的能量捕捉的制作方法
技术领域：
本发明涉及计算机系统领域，并且更具体地，涉及计算机化系统中的计算工作负
载管理。
背景技术：
在当今的计算机化系统中，需要许多应用同时执行。因此，需要工作负载管理来对这样的应用的同时执行进行协调。在许多场合都需要工作负载管理。首先，在接近于处理器的层面需要它。这里，操作系统通常对应用软件的执行进行管理。其中央组件(即内核)是应用和在硬件层面执行的数据处理之间的桥梁。其主要任务是允许对并发应用的执行。为了运行应用，内核通常为该应用建立地址空间，将应用代码加载到存储器中，为程序建立堆栈并且开始其执行。大多数操作系统平台提供基本的作业调度和处理调度功能，这分别允许执行的提交以及最优地分配处理(即，被执行的计算机程序的实例)以在可用CPU上运行，例如使得它们尽可能保持繁忙。例如，在IBM大型主机中，所谓的工作负载管理器(WLM)是MVS/ESA大型主机操作系统及其后续产品的基本组件。其针对在操作系统上执行的工作控制对于系统资源的访问。而且，当若干计算单元共享相同的工作负载时，同样需要工作负载管理。例如，在包括若干服务器的异步客户端/服务器网络中，每个服务器都可能能够满足客户端的请求，诸如更快地对客户端的请求进行服务(如果给定服务器繁忙，则请求可以被转发至另一服务器)。在这种情况下，在客户端侧所提供的工作负载管理单元能够决定将特定请求指定给哪个服务器。类似地，在服务器侧可能也需要工作负载管理单元。在大多数情况下，工作负载管理是为了对速度、执行时间、吞吐量等进行优化以实现最佳的可能系统响应性的设计。且通常因此而考虑资源能力以及可能的其它约束，例如给定规则或公司政策，以便满足给定的商业目标，等等。除此之外，自US2009/0216387A1获知以下系统，该系统允许响应于一个或多个因素对耦合至相对应负载范围内的电能或电网的负载进行控制，诸如以对产生可再生能量的可变性进行管理。更详细地，可以响应于可用电力与负载之间的平衡的指示和/或响应于新的负载和/或电网连接断开对负载进行控制，并且可以响应于可用电力和负载之间的平衡、新负载和电网断连之中一个或多个的变化随时间对负载进行多次控制以调节总负载。可以随时间多次调节负载以在时间帧内提供电力要求，同时与可用电力与负载之间的平衡变化的至少一部分相适应。US7519843公开了用于控制处理器的时钟速度的方法和系统。一种实施方式涉及接收表示来自电源输出的可用电力的实时精确信号，监视所述实时精确信号，并且基于所监视的信号动态调节处理器的时钟速度以便基于可用电力进行动态处理器速度抑制，由此可以与来自电源的最大可用输出电力相匹配的最大速度对处理器进行计时，其中处理器时钟频率基于系统层面的可用电力而被连续调高或调低以始终使得处理器性能最大化。
发明内容
根据本发明的第一方面，本发明被具体化为一种对由能量源进行供电的计算机化系统中的计算工作负载进行管理的方法，其包括根据由该能量源提供的电力随时间变化的属性而对该计算机化系统处的计算工作负载进行调适的步骤，从而优化在该源处生成的电力。在实施例中，该方法进一步包括以下一个或多个特征:-该方法进一步包括监视该属性的步骤，并且其中根据如所监视的属性而执行对计算工作负载的调适；-该属性的时间变化至少部分是预先确定的，并且至少部分地根据如预先确定的所述属性的时间变化来执行计算工作流程的调适；一对计算工作负载的调适包括通过改变以下之一来改变计算速率:计算机化系统的一个或多个处理器处的作业调度；在不修改一个或多个处理器处的电压Vdd时该一个或多个处理器的执行频率f ;或者一个或多个处理器处的执行频率f以及在一个或多个处理器处根据关系式相对应地调节电压Vdd的执行频率f，该关系式给出所述一个或多个处理器处作为给定频率的函数的最优电压Vdd;-该随时间变化的属性是能量源的输出处的最优电压的函数；-根据能量源的最大电力点确定最优电压Vmpp；-该计算机化系统由能量源通过电荷存储设备进行供电；并且该调适步骤进一步包括根据该随时间变化的属性而改变该计算机化系统处的计算工作负载以耗尽该电荷存储设备；-该方法在调适之前进一步包括步骤:获得该能量源的最大电力点，由此确定该电荷存储设备的最优端电压、并且进而确定该能量源的输出处的最优电压Vmpp,并且该调适步骤包括根据在该能量源的输出处确定的最优电压而改变计算工作负载；-该调适步骤包括:将最优电压与能量源的输出处的实际电压Vs相比较；并且根据比较步骤的结果改变计算工作负载；-改变计算工作负载进一步包括:在实际电压Vs大于最优电压的情况下增加计算工作负载的速率；和/或在实际电压Vs小于最优电压的情况下降低计算工作负载的速率；-该计算机化系统由能量源通过电荷存储设备和电压调节器进行供电；并且调适步骤包括根据该能量源随时间变化的属性而改变计算工作负载以影响由所述电压调节器汲取的电流，从而耗尽该电荷存储设备；-该计算机化系统由能量源进行供电，该源可以是太阳能能量源，并且优选地是光电系统；-该方法进一步包括步骤:在所述计算机化系统处从远程计算机化系统接收将要被计算的附加数据，并且其中:调适的步骤包括使用所接收的附加数据来改变计算工作负载。根据另一个方面，本发明被实施为一种系统，其包括:由能量源进行供电的计算机化系统，并且包括用于实现本发明的所有步骤的计算机程序代码装置。优选地，该系统进一步包括电荷存储设备，该计算机化系统由能量源通过所述电荷存储设备进行供电。
现在将利用非限制性示例并且参考附图对具体化本发明的方法和系统进行描述，其中:图1是反映根据本发明的用于对计算机化系统中的工作负载进行管理的方法实施例的流程图；图2和图3是能够具体化本发明的两个系统的示意图；图4图示了如实施例中所使用的光电(photovoltaic)能量源中的最大电力点(MPP)的概念；图5和图6分别描绘了锂离子电荷存储设备和电容器的典型电荷状态对比端电压曲线；以及图7是根据本发明实施例的计算机化系统硬件的框图。
具体实施例方式作为对以下描述的介绍，首先指出本发明的一般方面，该方面涉及计算机化系统中的计算工作负载的管理。宽泛而言，本发明提出了根据对计算机化系统进行供电的能量源所提供的电力来调适计算工作负载，以使得在源处生成的电力最优化。这尤其导致了在源处的电力生成最优化。相应地实现一种改变可用于计算的电力的反馈机制，以例如对源处更为有效的能量产生效率点进行追踪。例如，所述属性可以与光电系统的最优端电压相关。在这种情况下，例如对计算工作负载进行改变以耗尽连接至源的电荷存储设备，以使得其端电压追踪源的最大电力点。由此获得了能量存储的替代形式，其依赖于能量直接转换为具有经济价值、低存储成本和低传输成本的形式。所属技术领域的技术人员知道，本发明的各个方面可以实现为系统、方法或计算机程序产品。因此，本发明的各个方面可以具体实现为以下形式，即:完全的硬件实施方式、完全的软件实施方式(包括固件、驻留软件、微代码等)，或硬件和软件方面结合的实施方式，这里可以统称为“电路”、“模块”或“系统”。此外，在一些实施例中，本发明的各个方面还可以实现为在一个或多个计算机可读介质中的计算机程序产品的形式，该计算机可读介质中包含计算机可读的程序代码。可以采用一个或多个计算机可读介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质例如可以是一但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括:具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPR0M或闪存)、光纤、便携式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本文件中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括一但不限于一电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括一但不限于一无线、有线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本发明操作的计算机程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言-诸如Java、Smalltalk、C++等，还包括常规的过程式程序设计语言-诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络一包括局域网(LAN)或广域网(WAN)-连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。下面将参照根据本发明实施例的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图和/或框图描述本发明。应当理解，流程图和/或框图的每个方框以及流程图和/或框图中各方框的组合，都可以由计算机程序指令实现。这些计算机程序指令可以提供给通用计算机、专用计算机或其它可编程数据处理装置的处理器，从而生产出一种机器，使得这些计算机程序指令在通过计算机或其它可编程数据处理装置的处理器执行时，产生了实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的装置。也可以把这些计算机程序指令存储在计算机可读介质中，这些指令使得计算机、其它可编程数据处理装置、或其他设备以特定方式工作，从而，存储在计算机可读介质中的指令就产生出包括实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的指令的制造品(article of manufacture)。也可以把计算机程序指令加载到计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上，使得在计算机、其它可编程数据处理装置或其它设备上执行一系列操作步骤，以产生计算机实现的过程，从而使得在计算机或其它可编程装置上执行的指令提供实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的过程。附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。图7是如所涉及实施例的计算机系统的硬件的框图。计算机系统901包括连接至总线900的CPU904和主存储器902。总线900连接至显示器控制器912，后者连接至诸如IXD监视器的显示器914。显示器914用来显示关于计算机系统的信息。总线900还通过诸如IDE或SATA控制器的设备控制器906连接至诸如硬盘908或DVD910的存储设备。总线900进一步通过键盘/鼠标控制器910或USB控制器(未示出)连接至键盘922和鼠标924。该总线还连接至通信控制器918，其例如符合以太网注册商标协议。通信控制器918被用来将计算机系统901物理连接至外部世界，即网络916。在实施例中，后者例如可以包括用于对较早所调用的随时间变化的属性进行监视的监视单元。图1是反映诸如图7中示意性表示的计算机化系统中的工作负载管理方法的步骤的流程图。图2和图3示意性描绘了能够适当体现本发明的系统变换形式。参考图1-图3，提供了计算机化系统10，步骤S10。后者由随时间变化的能量源40进行供电。该源例如可以是诸如光电系统的太阳能电源。这样的能量源本身是已知的。在这种情况下，该系统优选地通过电荷存储设备30进行供电。如果有必要，如随后将进行讨论的，可以包括电压调节器20。如所述的那样，该方法的主要步骤是根据由源所供应的电力随时间变化的属性对系统处的计算工作负载进行调适，步骤S50。因此，应当将可用于计算的电力改变为更具价值的转换点。为此，例如需要通过处于计算机系统之中或者与之进行通信的便利的监视逻辑、软件或硬件来对随时间变化的属性进行监视，步骤S30。在该情况下，计算工作负载根据如所监视的属性进行变化。在变化形式中，所述属性的时间变化可以是预先确定的。显然，可以预见到中间情形。例如，所述属性可以仅部分是预先确定的，由此一些监视仍有必要。现在，如果所述属性达到一些与阈值，则该方法可以从第一模式(基于预先确定的时间变化对计算进行调适)切换至第二模式(基于所观察的变化对计算进行调适)。能够设计更为复杂的情形。这里所考虑的随时间变化的属性例如是能量源的输出处的“最优”电压(或者其函数)。在光电源的情况下，所述电压由于其是输送最高电力时的电压而例如可以被认为是最优的。然而，其它考虑也会影响所述属性的“最优性”，这可由技术考虑(例如，电力、散热、转换、磨损等)或非技术考虑(例如，给定政策、商业方案、随时间变化的价格等)所导致。所述属性仍然是由该源所输送的电力随时间变化的属性。接下来，可以预见到用于确定所述最优属性的若干方法。适当的方法类型依赖于基于所观察的诸如源所实际输送的电流的属性而对最优属性(例如，最优电压)进行预测或建模。一种方法的示例是所谓的最大电力点或MPP，其在图4中进行图示。平面线型曲线表示关于源处的端电压(任意单位或a.u)的输送电流。虚线是输送的电力，其例如可以基于所测量的电流进行测量或推断(例如，考虑P = iV)。垂直虚线表示所输送电力最大时的端电压。该示例说明了如何能够使得电力生成关于其时间变化的属性(在这种情况下为源处的电压)最优化。返回参考图1-图3，调适计算工作负载的步骤(S50)实质上意味着改变计算的速率。这使得输入所需的电力有所变化，并且因此使得由源输送至更优作用点的电力有所变化。为此，能够预期若干方法。第一种可能性由仅对作业调度进行调适而构成。其它可能性(未必为脱离)将是调适过程调度和/或在线程层面起作用。在所有情形中，这都可以通过强制CPU间歇性空闲而实现，这有效地带来计算速率的变化。由于大多数CPU在它们空闲时允许电力节约，所以理解能够设计简单的调适方案。例如，空闲时间周期的数量可以线性地依赖于所监视的属性。第二种可能性是改变(多个)处理器处的执行的时钟频率f同时并不对所述(多个)处理器处的输入电压进行修改，这再次使得有效计算和电力使用有所变化。这样的方案可以通过进一步调适处理器处的输入电压Vdd而得以改进，然而其实施起来更为复杂。实际上，可以改变执行的频率f诸如影响所汲取电流和端电压。结果，输入电压Vdd可以根据任意便利的关系式进行调节，即给出作为f的函数的最优vdd。一个经验关系式为
权利要求
1.一种对由能量源(40)进行供电的计算机化系统(10)中的计算工作负载进行管理的方法，包括:根据由所述能量源提供的电力随时间变化的属性而对所述计算机化系统处的计算工作负载进行调适(S50-S60)的步骤，从而优化在所述源处生成的电力。
2.根据权利要求1的方法，进一步包括监视(S30)所述属性的步骤，并且其中根据如所监视的所述属性而执行对所述计算工作负载的调适。
3.根据权利要求1或2的方法，其中所述属性的时间变化至少部分是预先确定的，并且至少部分地根据如预先确定的所述属性的时间变化来执行对所述计算工作负载的调适。
4.根据权利要求1或2或3的方法，其中对 计算工作负载的调适包括通过改变以下之一来改变(S50-S60)计算速率: -所述计算机化系统的一个或多个处理器处的作业调度； -在不修改一个或多个处理器处的电压Vdd时所述一个或多个处理器的执行频率f ;或者 -一个或多个处理器处的执行频率f以及在所述一个或多个处理器处根据关系式相对应地调节电压Vdd的执行频率f，所述关系式给出所述一个或多个处理器处作为给定频率的函数的最优电压Vdd。
5.根据权利要求1至4中任一项的方法，其中所述随时间变化的属性是所述能量源的输出处的最优电压的函数。
6.根据权利要求5的方法，其中根据所述能量源的最大电力点确定所述最优电压V-。
7.根据权利要求1至6中任一项的方法，其中: -所述计算机化系统由所述能量源通过电荷存储设备(30)进行供电；并且-所述调适的步骤进一步包括根据所述随时间变化的属性而改变所述计算机化系统处的计算工作负载以耗尽所述电荷存储设备(30)。
8.根据权利要求7的方法，在调适之前进一步包括步骤: -获得(S30)所述能量源的最大电力点，由此确定所述电荷存储设备的最优端电压、并且进而确定所述能量源的输出处的最优电压VMPP， 并且其中所述调适步骤包括根据所述能量源的输出处确定的最优电压而改变计算工作负载。
9.根据权利要求1至8中任一项的方法，其中所述调适步骤包括: -将最优电压Vmpp与所述能量源的输出处的实际电压Vs相比较(S40);以及 -根据所述比较步骤的结果改变(S50-S60)计算工作负载。
10.根据权利要求9的方法，其中改变所述计算工作负载进一步包括: -在所述实际电压Vs大于所述最优电压Vmpp的情况下增加(S50)计算工作负载的速率；和/或 -在所述实际电压Vs小于所述最优电压Vmpp的情况下降低(S60)计算工作负载的速率。
11.根据权利要求1至10中任一项的方法，其中: -所述计算机化系统由所述能量源通过电荷存储设备和电压调节器(20)进行供电；并且 -所述调适步骤包括根据所述能量源(40)随时间变化的属性而改变所述计算工作负载以影响由所述电压调节器(20)汲取的电流，从而耗尽所述电荷存储设备(30)。
12.根据权利要求1至11中任一项的方法，其中所述计算机化系统由能量源进行供电，所述源是太阳能能量源，并且优选地是光电系统(40)。
13.根据权利要求1至12中任一项的方法，进一步包括步骤: -在所述计算机化系统处 从远程计算机化系统接收(S70)将要被计算的附加数据， 并且其中: -所述调适的步骤包括使用所接收的附加数据来改变所述计算工作负载。
14.一种系统(100),包括: -由能量源(40)进行供电的计算机化系统(40)，并且包括用于实现根据权利要求1至13中任一项的方法的所有步骤的计算机程序代码装置。
15.根据权利要求14的系统，进一步包括电荷存储设备(30)，其中所述计算机化系统由能量源通过所述电荷存储设备进行供电。
全文摘要
本发明涉及用于对由能量源(40)进行供电的计算机化系统(10)中的计算工作负载进行管理的方法和系统。本发明首先且主要地依赖于根据由能量源供应的电力随时间变化的属性来调适(S50-S60)计算机化系统的计算工作负载，从而优化在源处生成的电力。相应地实现如下反馈机制，该机制改变可用于计算的电力以例如对源处较有效的能量生成效率点进行追踪。
文档编号G06F1/32GK103201702SQ201180053627
公开日2013年7月10日 申请日期2011年11月2日 优先权日2010年11月9日
发明者P·斯坦利-玛贝尔 申请人:国际商业机器公司