CN103423189A

CN103423189A - 一种服务器风扇功耗测量方法

Info

Publication number: CN103423189A
Application number: CN2013103934460A
Authority: CN
Inventors: 江志雄; 陆春阳; 姜志颖; 侯锐
Original assignee: Institute of Computing Technology of CAS; CNPC Beijing Richfit Information Technology Co Ltd
Current assignee: Institute of Computing Technology of CAS; CNPC Beijing Richfit Information Technology Co Ltd
Priority date: 2013-09-03
Filing date: 2013-09-03
Publication date: 2013-12-04
Anticipated expiration: 2033-09-03
Also published as: CN103423189B

Abstract

本发明提供一种服务器风扇功耗测量方法，包括下列步骤：1）实时测量风扇转速；2）根据测得的转速，通过读取预存的查找表得出风扇的实时功耗；所述查找表记录风扇转速与风扇功耗的对应关系。本发明不需要额外仪器物理介入服务器，成本低且易于实施；能准确测出服务器风扇实时功耗；不受特定功耗模型的约束，适用面广；特别适合用于支持云计算的数据中心。

Description

一种服务器风扇功耗测量方法

技术领域

本发明涉及计算机服务器技术领域，具体地说，本发明涉及一种服务器风扇功耗测量方法。

背景技术

云计算作为一种新兴的计算模式，近年来已在科学计算、网络服务、海量数据存储等领域广泛应用。云计算和数据中心的功耗和散热成本日益增长，亟需通过更精细的的功耗监控和管理来提高数据中心电源的利用率。

目前，主流的数据中心服务器中设有专门的部件测量整机功耗，然而这种能耗测量方式过于粗略，无法区分主机中各个部件（例如CPU、磁盘、内存、散热风扇等）的具体能耗，这样不利于对服务器和机群系统能耗的精细化管理。更为先进的服务器能进一步测量CPU和内存的子系统功耗，但是仍然缺少对散热风扇（下文中简称风扇）功耗的直接测量手段。而对服务器风扇能耗实时监测的间接手段的研究也尚属空白。

在数据中心中，风扇转速由专门机制进行实时控制，导致其功耗实时变化，对服务器的风扇功耗进行实时测量，将有利于管理员更为有效地精确地掌控机群能耗状况，为制订或调整能源管理策略提供依据，进而实现节能，具有重大的经济和社会效益。

因此，当前迫切需要一种实时测量服务器风扇功耗的解决方案。

发明内容

本发明的任务是提供一种实时测量服务器风扇功耗的解决方案。

为实现上述发明目的，本发明提供了一种服务器风扇功耗测量方法，包括下列步骤：

1）实时测量风扇转速；

2）根据测得的转速，通过读取预存的查找表得出风扇的实时功耗；所述查找表记录风扇转速与风扇功耗的对应关系。

其中，所述步骤2）中，获取所述查找表的方法包括下列子步骤：

21）获取风扇转速及其对应的整机功耗样本；

22）对于各个风扇转速，根据步骤21）所得的整机功耗样本得出所对应的风扇功耗数据；

23）基于步骤22）所得的风扇转速与风扇功耗数据的对应关系，得到所述查找表。

其中，所述步骤21）还包括：保持服务器空载，控制风扇依次在各个转速比例运转，同时监测并记录风扇转速及其所对应的整机功耗。

其中，所述步骤22）还包括：当服务器具有多个风扇时，计算服务器所有风扇的转速之和；所述查找表记录风扇转速之和与风扇功耗的对应关系。

其中，所述步骤22）还包括：计算每一个风扇功耗样本Pfan[i]=Phost[i]-(max(Phost)-风扇最大功率x风扇数目)；

其中，Phost[i]为第i组数据的整机功耗样本，max(Phost)为风扇处于最大功率状态下的整机功耗样本。

其中，所述步骤22）还包括：风扇的转速之和以krpm为单位，进行向下取整、向上取整或四舍五入。

其中，所述步骤23）包括下列子步骤：

231）建立记录风扇转速与风扇功耗对应关系的查找表；

232）将步骤22）所测的风扇转速和对应的风扇功耗数据填入查找表的相应位置；

233）通过插值补全查找表的空白位置。

其中，所述步骤232）中，当同一风扇转速下具有多个风扇功耗数据时，将风扇功耗数据的中值填入查找表的相应位置。

其中，所述步骤233）中，所述插值为线性插值或者多项式插值。

与现有技术相比，本发明具有下列技术效果：

1、本发明不需要额外仪器物理介入服务器，成本低且易于实施。

2、本发明能准确测出服务器风扇实时功耗。

3、本发明不受特定功耗模型的约束，适用面广。

4、本发明特别适合用于支持云计算的数据中心。

附图说明

以下，结合附图来详细说明本发明的实施例，其中：

图1示出了本发明一个实施例的流程图；

图2示出了在不同风扇转速（speed）下，利用本发明一个实施例的查找表算出的4个风扇的总功耗（estimated）与实测功耗（measured）的对比图；二者平均误差约为1.34W。

具体实施方式

数据中心的服务器往往成千上万，如果要直接测量风扇的实时功耗，需要对服务器进行设备改造（例如直接将通用的功耗测量仪器接入风扇的供电电路），这样做成本高昂，且所测数据分散不易于收集，实施难度大。另一方面，风扇的品牌和种类繁多，难以用通用的功耗模型对其进行描述。发明人研究发现：如果使用基于表达式形式的特定功耗模型来间接测量功耗，为保证功耗测量具有较高准确率，需要大大增加功耗模型的复杂度，从而导致风扇功耗测量子系统的整体开销显著增加。例如，能够较为准确描述风扇功耗状态的多项式模型往往具有较多的项数，而确定多项式参数需要较为复杂的拟合计算，在获取功耗时也需要进行开销较大的二阶多项式运算，这些都会导致开销显著增加。因此，发明人综合评估后，使用了基于查找表的方法，首先通过实测获得记录风扇转速与风扇功耗对应关系的查找表，然后实时测量风扇转速，再通过查找表得出风扇的实时功耗。实验证明，该方案能够快速准确地测出风扇的实时功耗。

下面结合附图对本实施例的方案做进一步地描述。

如图1所示，本实施例的服务器风扇功耗测量方法包括下列步骤：

步骤1：通过实测获得记录风扇转速与风扇功耗对应关系的查找表。

步骤2：实时测量风扇转速，再通过查找表得出风扇的实时功耗。

主流的数据中心服务器中设有专门的组件，用以监测服务器的各种状态信息，包括整机功耗和散热风扇的转速。典型的技术例如基板管理控制器（Baseboard Management Controller，BMC）和Intel Node Manager。先进的Node Manager2.0技术，更能够报告CPU和Memory的子系统功耗。上述状态信息通过专门的接口对外提供。典型的接口技术是智能平台管理接口（Intelligent Platform Management Interface，IPMI）。利用专门的软件（例如ipmitool),可以通过以太网、串口或Modem等多种物理链路读取并解析服务器状态信息。主流服务器一般提供2种风扇控制方式：（1）智能控制，即由专门的机制根据服务器状态（例如CPU、机箱温度）自动调节风扇转速；（2）人工控制，即由人工指定具体的转速数值。通过IPMI接口可以选择不同方式并进行相应操作。因此，在服务器运行时可以通过已有的服务器状态监测软件获得整机功耗和散热风扇转速数据。

下面以HUAWEI Tecal RH2285服务器为例说明建立查找表的方法。该服务器装有4个相同的风扇，型号为PFC0612DE。由风扇的产品手册可知，每个风扇在100%转速运转时的功耗为16.8W。此外，通过IPMI可以实现：实时获取整机功耗，实时获取4个风扇的转速以及人工控制风扇以固定比例（30%～100%）的转速运转。需要强调的是，HUAWEI TecalRH2285服务器只是特定的示例，本发明的风扇测量方法也可以适于其它的服务器，这是本领域普通技术人员易于理解的。

在一个实施例中，前文步骤1中建立查找表的方法包括下列子步骤：

步骤11：获取风扇转速及整机功耗样本。

保持服务器空载（启动了操作系统，单不执行任何任务），通过IPMI人工控制风扇在不同转速比例（例如：30%，35%，40%，……，95%，100%）运转，同时监测并记录风扇转速和整机功耗。

步骤12：对风扇转速及风扇功耗样本进行数据处理，得到风扇转速及其所对应的风扇功耗数据，具体包括下列子步骤：

步骤121：计算4个风扇的转速之和。为了节省数据存储空间和其它开销，风扇的转速之和可以以krpm为单位换算，然后向下取整。当然，在其它实施例中取整方式也可以是向上取整或四舍五入等。

步骤122：对每一个风扇功耗样本Pfan[i]，按照以下公式计算：

Pfan[i]=Phost[i]-(max(Phost)-16.8x4)

其中，Phost[i]为第i组数据的整机功耗样本，max(Phost)为整机功耗样本最大值，16.8（W）为1个风扇在100%转速运转时的功耗，4为风扇个数。这样就得出了风扇转速及其所对应的风扇功耗数据。表1示出了对实测样本进行数据处理后的风扇转速-功耗数据。

表1

步骤13：根据步骤12所得到的风扇转速及其所对应的风扇功耗数据，获得风扇转速-功耗查找表。

步骤131：建立风扇转速-功耗查找表。

本实施例中，查找表为1维数组，索引为转速，数组成员为该转速下的功耗。数组长度根据实际情况中风扇的最高转速确定。在本实施例中，所有风扇转速和最高约49krpm，故数组长度设为50。风扇转速-功耗查找表采用数组这一数据结构存储，能够最大程度地节省开销，但需要说明的是，本发明其它实施例中风扇转速-功耗查找表也可以采用其它数据结构，这是本领域普通技术人员易于理解的。

步骤132：将步骤12所得到的风扇转速及其所对应的风扇功耗数据填入查找表的相应位置，若某一转速下有多个功耗样本，则将样本的中值填入查找表的相应位置；若某一转速下没有任何功耗样本，则根据查找表中已经确定功耗取值的邻近位置进行插值。插值方式可配置多种，例如简单的线性插值或者较为复杂的多项式插值。本实施例中使用线性插值。

步骤133：考虑存储空间及测量精度，将查找表的功耗取值截取到一定精度。例如，在单位为W时，对功耗数据进行取整，可以是向下取整、向上取整或者四舍五入等，本实施例中采用向下取整。表2示出了基于表1的数据所获得的查找表示例。其中“[]”表示功耗样本数据为空。

表2

在步骤2中，实时获取风扇转速，计算风扇转速之和并进行取整。取整方式与步骤1一致。然后可以直接以所得整数的风扇转速之和为索引，查找风扇转速-功耗查找表，得到当前风扇功耗。这种获取风扇实时功耗的方式开销小，速度快，并且具有很高的准确度。

图2示出了在不同风扇转速（speed）下，利用上述实施例的方法得出的4个风扇的总功耗（estimated）与实测风扇总功耗（measured）的对比图，二者非常吻合，平均误差约为1.34W。所以这种利用转速-功耗查找表测量风扇功耗的方法具有很高的准确度。

最后应说明的是，以上实施例仅用以描述本发明的技术方案而不是对本技术方法进行限制，本发明在应用上可以延伸为其它的修改、变化、应用和实施例，并且因此认为所有这样的修改、变化、应用、实施例都在本发明的精神和教导范围内。

Claims

1.一种服务器风扇功耗测量方法，包括下列步骤：

1）实时测量风扇转速；

2.根据权利要求1所述的服务器风扇功耗测量方法，其特征在于，所述步骤2）中，获取所述查找表的方法包括下列子步骤：

21）获取风扇转速及其对应的整机功耗样本；

3.根据权利要求2所述的服务器风扇功耗测量方法，其特征在于，所述步骤21）还包括：保持服务器空载，控制风扇依次在各个转速比例运转，同时监测并记录风扇转速及其所对应的整机功耗。

4.根据权利要求3所述的服务器风扇功耗测量方法，其特征在于，所述步骤22）还包括：当服务器具有多个风扇时，计算服务器所有风扇的转速之和；所述查找表记录风扇转速之和与风扇功耗的对应关系。

5.根据权利要求4所述的服务器风扇功耗测量方法，其特征在于，所述步骤22）还包括：计算每一个风扇功耗样本Pfan[i]=Phost[i]-(max(Phost)-风扇最大功率x风扇数目)；

6.根据权利要求5所述的服务器风扇功耗测量方法，其特征在于，所述步骤22）还包括：风扇的转速之和以krpm为单位，进行向下取整、向上取整或四舍五入。

7.根据权利要求6所述的服务器风扇功耗测量方法，其特征在于，所述步骤23）包括下列子步骤：

231）建立记录风扇转速与风扇功耗对应关系的查找表；

233）通过插值补全查找表的空白位置。

8.根据权利要求7所述的服务器风扇功耗测量方法，其特征在于，所述步骤232）中，当同一风扇转速下具有多个风扇功耗数据时，将风扇功耗数据的中值填入查找表的相应位置。

9.根据权利要求8所述的服务器风扇功耗测量方法，其特征在于，所述步骤233）中，所述插值为线性插值或者多项式插值。