专利名称：用于簇系统的功率控制装置和方法
技术领域：
本发明大体涉及用于控制簇系统的功率的技术，且更具体地，涉及关于簇系统的 功率控制装置和方法，该簇系统适合于通过不同地限制各系统的功率来管理全部数据中心 的功率，每个系统装备了高级配置和功率接口(ACPI)、功率监视功能和可控制的电池(如 不间断电源(UPS))。
背景技术：
最近，随着较大数量的数据中心由因特网便携服务公司在全世界运营，每个因特 网便携服务公司具有正运行成百上千的设备的因特网数据中心(IDC)，用于有效地管理数 据中心的功率的各技术已经被多方实施。具体地，随着新近信息技术基础设施的扩展，IDC的功耗已经按照每年平均大约 45%的速率持续三年迅速增长，且预期今年要增加达1510百万kWh。为了降低IDC迅速增 加的功耗，已经侧重IDC级别功率管理技术。在簇系统中，有多种降低服务器功率的方法，该方法的可用性在实际系统中降低， 或该方法将服务器转变为休眠状态。可是，在这种情况下，将服务器返回到它的原始状态所 需的复杂性增加，且需要更多的诸如此类操作的管理功能，因此簇系统的效率会下降。考虑到这一事实，已经提出诸如使用智能平台管理接口(IPMI)和ACPI的控制功 率的技术、使用监视的数据的基于功率模型的功率管理技术，和用于通过监视数据中心的 负荷而将数据中心移植到具有低利用率的服务器的技术的传统技术。可是，此类传统技术的问题在于簇系统(如IDC)的服务器(或终端)的电源总是 需要被开启，要积极应对系统的利用率是困难的。
发明内容
考虑以上内容，本发明提供用于控制簇系统的功率的技术，其中电池被安装在簇 系统的电源单元中并且被实时监视和控制，因此降低功耗并积极应对簇系统的利用率。更具体地，本发明提供一种用于簇系统的功率控制装置和方法，其通过实时监视 功率(即，服务器的功耗和使用数量)来设置功率封顶门限，且其使得簇系统能够被自动控 制从而，当使用功率的实际数量不低于功率封顶门限时，通过改变使用动态电压和频率调 整(scaling) (DVFS)的频率、改变ACPI的状态和利用电池控制系统来防止功耗超过该功率 封顶门限。另外，本发明提供一种用于簇系统的功率控制装置和方法，其通过实时监视服务 器的功率和使用数量来自动设置功率封顶门限，并且当功率的总额达到功率封顶门限时根据预设时段中服务器的使用数量通过按照服务器的使用数量的递增顺序操作服务器的电 池来降低要提供的功率。根据本发明的第一方面，提供一种用于簇系统的功率控制装置，包括包括多个节 点的簇，每个节点装备了电池；和经过网络连接到簇的功率控制单元，该功率控制单元被配 置来监视该簇的功率管理信息和性能信息并且基于监视的簇的功率管理信息和性能信息 设置功率封顶门限，因此使得当该簇系统的功率增加达到功率封顶门限时通过开启和关闭 各电池来限制该簇的功率。根据本发明的第二方面，提供一种用于簇系统的功率控制方法，包括经过网络监 视簇的功率管理信息和性能信息；将监视的该簇的功率管理信息和性能信息安排到数据 库；分析和优化被安排到数据库的该簇的功率管理信息和性能信息；基于分析和优化的结 果确定该簇的功率顶部值；以及根据确定的功率顶部值执行该簇的功率封顶模式。根据本发明的实施例，不同于使用ACPI和CPU控制功能的传统的功率控制技术， 使用装备了电池的功率控制装置能够进一步降低功耗。此外，本发明能够最小化传统系统 的问题的发生，也即，当ACPI操作时电源被关闭的问题或由于CPU控制功能(例如，动态电 压和频率调整(DVFS))引起的性能下降的问题，并且能够根据预设功率基于实时监视的功 率值来执行动态功率控制。
图1是示意根据本发明的实施例的用于簇系统的功率控制装置的构造的框图；图2是示意图1的簇的某节点(如第一节点)的详细构造的框图；图3是示意根据本发明的实施例的具体为使用实时动态控制的功率控制过程的 用于簇系统的功率控制方法的流程图；图4A和4B是示意图3的功率封顶模式执行过程的详细流程图；和图5A和5B是示意根据本发明的实施例的在用于簇系统的功率控制方法中使用用 户的直接输入的功率控制过程的示例的流程图。
具体实施例方式下文中，将参照构成本发明组成部分的附图来详细说明本发明的各实施例。图1是示意根据本发明的实施例的用于簇系统的功率控制装置的构造的框图。功 率控制装置包括簇100、网络200、功率控制单元300和用户终端400。如图1所示，簇100包括多个节点100/1到100/n并且经过网络200与功率控制 单元300连接。将参考图2详细描述簇100中的每个节点。图2是示意簇100的某节点(如第一节点100/1)的详细构造的框图。第一节点 100/1包括电池102、电池控制器104、监视器106、功率分发单元108、硬件设备110、通信接 口 112、设备驱动器114、操作系统116和管理代理118。电池102可以使用例如不间断电源(UPS)实现，且受电池控制器104的控制。当 第一节点100/1的功率增加到预设的功率封顶门限时，根据第一节点100/1的利用率的程 度(如第一节点的功率管理信息和性能信息)电池102被操作一定的时间段直到该功率值 满足在门限以下，由此降低第一节点100/1的功率。
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监视器106用来监视功率和电池信息，而功率分发单元(PDU) 108用来分发输入功 率(如，交流(AC)功率)，并且向第一节点100/1提供分发的功率。当比如支持ACPI时硬 件设备110受设备驱动器114控制。操作系统(OS) 116提供一种环境以使得设备驱动器 114等能够在用户级别受控制。管理代理118用来聚集和控制信息并且经过如以太网接口的通信接口 112向网 络200发送经过管理代理118的信息聚集和控制获得的功率管理信息(如，关于第一节点 100/1的电池和功率的信息)和第一节点100/1的性能信息(如，关于使用处理器的使用数 量、存储器的使用数量和网络的使用数量而计算的利用率的信息)二者。此外，图1的网络200用来向功率控制单元300传送簇100的某个节点(如第一 节点100/1)的功率管理信息(如，第一节点100/1的电池容量和功率总额)和第一节点 100/1的性能信息(如，关于使用处理器的使用数量、存储器的使用数量和网络的使用数量 计算的利用率的信息)。此外，网络200用来将由功率确定单元310确定的功率顶部值(如，关于功率限制 的动态操作所需的基准值，即功率封顶)传送到簇100的某个节点(如第一节点100/1)。功率控制单元300包括监视单元302、历史数据库(DB) 304、分析单元306、优化单 元308和功率确定单元310。监视单元302用来监视经由网络200传送的信息，具体为，簇100的某个节点(如 第一节点100/1)的功率管理信息(诸如关于第一节点100/1的电池和功率的信息)和第 一节点100/1的性能信息(诸如关于使用处理器的使用数量、存储器的使用数量和网络的 使用数量计算的利用率的信息)。历史DB 304临时存储由监视单元302监视的某个节点(如第一节点100/1)的功
率管理信息和性能信息。分析单元306用来分析临时存储在历史DB 304中的某个节点(如第一节点 100/1)的功率管理信息和性能信息。这里，由分析单元306执行的分析量对应于时间和负 荷的统计信息，且能够被用作实时功率控制的基准数据。优化单元308用来优化经过分析单元306分析的功率管理信息和性能信息，并且 传送经优化的信息到功率确定单元310。功率确定单元310基于从优化单元308传送的优化的监视功率、性能信息和性能 历史信息来确定功率顶部值。以此方式确定的功率顶部值能够经过网络200传送到已经开 始监视的簇100的某个节点(如第一节点100/1)。用户终端400被连接到功率控制单元300且被配置为向功率确定单元310提供分 析单元306的功率管理信息和性能信息的分析结果，或者向功率确定单元310直接输入用 户设置的特定数据。下文中，结合上述构造，将参考图3到5的流程图详细描述根据本发明的实施例的 用于簇系统的功率控制方法。图3是示意根据本发明的实施例的用于簇系统的功率控制方法的流程图，也即， 使用实时动态控制的功率控制过程。如图3所示，在步骤S300中，由功率控制单元300的监视单元302监视簇100的 某个节点(如第一节点100/1)的功率管理信息和性能信息(即，服务器的利用率)。
之后，在步骤S302中，功率控制单元300在历史DB 304中临时存储受监视单元 302监视的第一节点100/1的功率管理信息和性能信息。在步骤S304中能够由分析单元306分析临时存储在历史DB 304中的第一节点 100/1的功率管理信息和性能信息。例如，能够根据时间和负荷的统计信息分析该功率管理 信息和性能信息。之后，在步骤S306中功率控制单元300优化经过分析单元306分析的第一节点 100/1的功率管理信息和性能信息，并且提供优化的结果到功率确定单元310以便在步骤 S308中使得功率顶部值能够被确定。用于确定功率顶部值的步骤包括设置该系统的最大功率封顶门限和最小功率封 顶门限，单独设置使能在介于系统的最大功率封顶门限和最小功率封顶门限之间的封顶范 围内的操作的操作功率顶部值(驱动点)，并且当簇系统执行在操作功率顶部值以上的功 率封顶模式时将操作功率顶部值增加到预设的功率封顶门限，但是因为簇系统的负荷，所 以该簇系统的功率无法降低到功率封顶门限以下。当确定功率顶部值时，在步骤S310中执行根据本发明的实施例的功率封顶模式。 将参考图4详细描述此类功率封顶模式执行过程。图4是示意图3的功率封顶模式执行过程的流程图。首先，功率控制单元300在步 骤S400中对第一节点100/1的电池100充电并且使用监视单元302监视电池的容量。能 够通过第一节点100/1的管理代理118和通信接口 112以及网络200实施第一节点100/1 的电池容量的监视。作为电池容量的监视结果，当在步骤S402中电池的当前容量不低于预设电池门 限时，在步骤S404中监视第一节点100/1的功率管理信息和性能信息以执行上述的功率封 顶模式。在步骤S406中确定第一节点100/1的当前功率是否不低于在步骤S308中由功率 确定单元310确定的操作功率顶部值(驱动点)。如果在步骤S406中确定第一节点100/1的当前功率不低于该操作功率顶部值，则 在步骤S408中监视第一节点100/1的服务器利用率。在步骤S410和S412中，基于由这样的监视获得的信息来选择第一节点100/1，因 此ACPI的状态能够被改变，或者能够操作动态电压和频率调整(DVFS)。在步骤S414中，再次确定当前功率是否不低于该操作功率顶部值。如果确定当前 功率不低于该操作功率顶部值，则在步骤S416中开启定时器并且在步骤S418中第一节点 100/1的电池被开启持续预设的时间段。在功率封顶模式被执行预设的时间段之后，在步骤S420中确定当前功率是否不 低于操作功率顶部值。如果在步骤S420中确定当前功率总额不低于该操作功率顶部值，则 该过程回到步骤S404。之后，在步骤S422中在预设的时间段中比较电池的当前容量和预设的电池门限。 如果电池的当前容量低于预设的电池门限，则在步骤S424中关闭定时器并且该过程回到 步骤S400。同时，如果电池的当前容量不低于预设的电池门限，且在步骤S426中预设的时 间段已经逝去，则在步骤S428中关闭该电池。之后，在步骤S430中，再次确定当前功率总额是否不低于该操作功率顶部值。如 果在步骤S430中确定当前功率不低于该操作功率顶部值，则该过程回到步骤S408，如果在步骤S430中确定当前功率低于该操作功率顶部值，则在步骤S432中关闭定时器并且该过 程终止。同时，图5是示意根据本发明的实施例的在用于簇系统的功率控制方法中使用用 户的直接输入的功率控制过程的另一示例的流程图。如图5所示，在步骤S500中功率控制单元300对第一节点100/1的电池100充电 并且使用监视单元302监视电池100的容量。能够通过第一节点100/1的管理代理118和 通信接口 112以及网络200实施第一节点100/1的电池容量的监视。作为电池容量的监视结果，当在步骤S502中电池的当前容量不低于预设电池门 限时，在步骤S504中监视第一节点100/1的功率管理信息和性能信息以执行上述的功率封 顶模式。在步骤S506中确定第一节点100/1的当前功率是否不低于在步骤S308中由功率 确定单元310确定的操作功率顶部值(驱动点)。如果在步骤S506中确定第一节点100/1的当前功率不低于该操作功率顶部值，则 在步骤S508中监视第一节点100/1的服务器利用率。在步骤S510和S512中，基于由这样的监视获得的信息来选择第一节点100/1，因 此ACPI的状态能够被改变，或者能够操作动态电压和频率调整(DVFS)。在步骤S514中，再次确定当前功率是否不低于该操作功率顶部值。如果确定当前 功率不低于该操作功率顶部值，则在步骤S516和S518中第一节点100/1的电池被开启持 续预设的时间段。在功率封顶模式被执行预设的时间段之后，在步骤S520中确定当前功率是否不 低于操作功率顶部值。如果在步骤S520中确定当前功率总额不低于该操作功率顶部值，则 该过程回到步骤S504。之后，在步骤S522中在预设的时间段中比较电池的当前容量和预设的电池门限。 如果电池的当前容量低于预设的电池门限，则在步骤S524中关闭定时器并且该过程回到 步骤S500。同时，如果电池的当前容量不低于预设的电池门限，且在步骤S526中预设的时 间段已经逝去，则在步骤S528中关闭该电池。在这样关闭电池之后，在步骤S530中确定当前功率是否不低于该操作功率顶部 值。如果确定当前功率不低于该操作功率顶部值，则在步骤S532中关闭定时器以及接着在 步骤S534中确定该功率是否能够降到低于该操作功率顶部值。如果确定该当前功率能够降到低于该操作功率顶部值，则过程回到S508，且如果 确定该当前功率不能够降到低于该操作功率顶部值，则该过程前进到步骤S536，因此使得 该操作功率顶部值能够被向上调整。在步骤S538中，确定这样向上调整的操作功率顶部值是否与最大功率封顶门限 相同。当向上调整的操作功率顶部值和最大功率封顶门限相同时，在步骤S540中执行对该 管理器报告当前功率状态的报告过程并且终止该过程。在这种情况下，报告过程是用于向用户提供可用的操作功率的过程，且可以是向 用户提供指示系统的当前功率状态和先前功率状态的集合统计信息的过程。如上所述，根据本发明的实施例，电池能够被安装在簇系统的节点(或服务器)的 电源单元中并且能够被实时控制，且当功率增加到预设功率封顶门限时，根据服务器的利 用率的程度该电池被操作预设的时间段，因此使得功率得到控制。在这种情况下，本发明配
9置为当受控功率的利用率低时，使用ACPI的控制将服务器的状态转换为睡眠状态或休眠 状态，由此降低功耗，以及配置为当系统的利用率高时，使用电池中断瞬时功率以便使能 电池被操作预设的时间段。 尽管针对各实施例已经示出和说明了本发明，但是本领域技术人员将理解在不 背离由以下权利要求书限定的本发明的范围的情况下，可以进行各种改变和修改。
权利要求
1.一种用于簇系统的功率控制装置，包括 包括多个节点的簇，每个节点装备了电池；和经过网络和该簇相连的功率控制单元，被配置来监视该簇的功率管理信息和性能信息 并且基于所监视的该簇的功率管理信息和性能信息来设置功率封顶门限，因此使得当该簇 系统的功率增加达到功率封顶门限时通过开启和关闭各电池来限制该簇的功率。
2.如权利要求1所述的功率控制装置，其中多个节点的某个节点包括 电池；电池控制器，被配置来控制该电池的开启/关闭操作； 受设备驱动器控制的硬件设备；和管理代理，被配置来执行聚集关于该电池的信息的功能和控制硬件设备的功能，并且 向功率控制单元传送通过信息聚集功能和硬件控制功能获得的功率管理信息和性能信息。
3.如权利要求1所述的功率控制装置，其中每个电池是不间断电源(UPS)。
4.如权利要求2所述的功率控制装置，其中该电池配置为当某个节点的功率增加达 到功率封顶门限时，根据所述某个节点的利用率的程度操作该电池预设的时间段，因此降 低所述某个节点的功率。
5.如权利要求1所述的功率控制装置，其中功率控制单元包括 监视单元，用于监视经过网络传送的该簇的功率管理信息和性能信息；历史数据库，用于临时存储由监视单元监视的该簇的功率管理信息和性能信息； 分析单元，用来分析临时存储在历史数据库中的该簇的功率管理信息和性能信息； 优化单元，用来优化经分析单元分析的该簇的功率管理信息和性能信息；和， 功率确定单元，基于经优化单元优化的该簇的功率管理信息和性能信息来设置功率顶 部值。
6.如权利要求5所述的功率控制装置，其中该簇的性能信息是关于使用该簇的处理器 的使用数量、存储器的使用数量、网络的使用数量，和硬盘的使用数量计算的该簇的利用率 的信息。
7.如权利要求5所述的功率控制装置，其中功率确定单元基于监视的该簇的功率和性 能历史信息提供和设置功率顶部值。
8.如权利要求5所述的功率控制装置，其中功率确定单元控制该簇的某个节点的电池 的功能达预设的时间段，从而减少该某个节点的功率。
9.如权利要求1到8中任意一个所述的功率控制装置，其中该簇系统是一个或多个数 据中心。
10.如权利要求1到8中任意一个所述的功率控制装置，其中该簇系统是一个或多个计算系统。
11.一种用于簇系统的功率控制方法，包括 经过网络监视簇的功率管理信息和性能信息；将监视的该簇的功率管理信息和性能信息安排到数据库； 分析和优化被安排到数据库的该簇的功率管理信息和性能信息； 基于分析和优化的结果确定该簇的功率顶部值；以及 根据确定的功率顶部值执行该簇的功率封顶模式。
12.如权利要求11所述的功率控制方法，其中确定功率顶部值包括设置该簇系统的最大功率封顶门限和最小功率封顶门限，并且单独设置使能将在介于 最大功率封顶门限和最小功率封顶门限之间执行的操作的操作功率顶部值(驱动点)；以 及当簇系统执行在操作功率顶部值以上的功率封顶模式时将操作功率顶部值增加到预 设的功率封顶门限，但是因为该簇系统的负荷所以该簇系统的功率无法降低到功率封顶门 限以下。
13.如权利要求11所述的功率控制方法，其中使用一个或多个装备了电池的节点实现该簇。
14.如权利要求11所述的功率控制方法，其中执行功率封顶模式包括 对一个或多个节点的电池充电并且监视该电池的容量；当监视的电池的容量不低于预设电池门限时，监视一个或多个节点的功率管理信息和 性能信息以执行该功率封顶模式；确定节点的当前功率是否大于操作功率顶部值；如果确定节点的当前功率大于操作功率顶部值，则监视节点的服务器利用率； 使用在监视节点的服务器利用率中获得的信息来选择节点，并且改变高级配置和功率 接口(ACPI)的状态或操作动态电压和频率调整(DVFS)；确定节点的当前功率是否大于操作功率顶部值；并且如果确定节点的当前功率大于操 作功率顶部值，则开启节点的电池达预设的时间段；在功率封顶模式已经被执行预设的时间段之后，确定当前功率是否大于操作功率顶部 值，如果确定当前功率不低于该操作功率顶部值，则返回以监视一个或多个节点的功率管 理信息和性能信息；以及在预设的时间段中比较电池的当前容量和预设的电池门限，当电池的当前容量低于预 设的电池门限时，关闭该电池。
15.如权利要求14所述的功率控制方法，其中执行功率封顶模式包括如果在关闭电池之后当前功率不低于该操作功率顶部值，则确定该功率是否能够降到 低于该操作功率顶部值；如果确定该功率无法降到低于该操作功率顶部值，则向上调整该操作功率顶部值； 确定向上调整的操作功率顶部值是否和最大功率封顶门限相同；以及 当向上调整的操作功率顶部值达到最大功率封顶门限时报告当前功率状态。
16.如权利要求15所述的功率控制方法，其中报告当前功率状态被执行以便向用户提 供当前可用的操作功率，和指示簇系统的当前功率状态和先前功率状态的集合统计信息。
17.如权利要求14或15所述的功率控制方法，其中电池是不间断电源(UPS)。
18.如权利要求14或15所述的功率控制方法，其中该电池配置为当一个或多个节点 的功率增加达到预设功率封顶门限时，根据所述节点的利用率的程度操作该电池达预设的 时间段，因此降低所述节点的功率。
19.如权利要求11到16中任意一个所述的功率控制方法，其中该簇系统是一个或多个 数据中心。
20.如权利要求11到16中任意一个所述的功率控制方法，其中该簇系统是一个或多个计算系统。
全文摘要
一种用于簇系统的功率控制装置，包括包括多个节点的簇，每个节点装备了电池；和经过网络和该簇相连的功率控制单元，被配置来监视该簇的功率管理信息和性能信息并且基于所监视的该簇的功率管理信息和性能信息来设置功率封顶门限。因此，当该簇系统的功率增加达到功率封顶门限时该功率控制单元通过开启和关闭各电池来使得该簇的功率得到限制。
文档编号H04W52/36GK102076064SQ20101000093
公开日2011年5月25日 申请日期2010年1月21日 优先权日2009年11月19日
发明者权元玉, 金善郁, 金大原, 金成云 申请人:韩国电子通信研究院