CN109388488B - 计算机系统中的功率分配 - Google Patents

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Abstract

本公开的实施例涉及计算机系统中的功率分配。一种功率分配方法包括：获得多个计算设备中的每个设备的历史功率使用；基于计算设备的历史功率使用和总可用功率供应容量，确定针对每个计算设备的当前功率封顶；将当前功率封顶分配给每个计算设备；获得每个计算设备的当前功率使用；基于计算设备的当前功率封顶和当前功率使用，确定针对每个计算设备的更新功率封顶；以及将更新功率封顶分配给每个计算设备。

Description

计算机系统中的功率分配
技术领域
本公开总体上涉及电子系统中的功率管理，并且更特别地，本公开涉及计算机系统中的功率分配。
背景技术
计算机系统(诸如数据中心)常常包括多个负载，诸如服务器、网络交换机和其他类型的设备。电源在操作期间向这样的设备提供功率。在数据中心内的不足的功率环境中(例如，在其中功率供应单元的一部分发生故障的情况下)，将存在导致至少一些设备被迫使关闭的负载电力短缺、或被供应有减少的电力以解决电力短缺问题。因此，数据中心操作的性能将降低。
发明内容
本公开描述了一种功率分配方法，该功率分配方法包括：获得多个计算设备中的每个设备的历史功率使用；基于计算设备的历史功率使用和总可用功率供应容量，确定针对每个计算设备的当前功率封顶；将当前功率封顶分配给每个计算设备；获得每个计算设备的当前功率使用；基于计算设备的当前功率封顶和当前功率使用，确定针对每个计算设备的更新功率封顶；以及将更新功率封顶分配给每个计算设备。
附图说明
将结合附图更综合地理解实施例的特征，其中：
图1是图示用于管理数据中心的功率分配的示例性系统的框图。
图2是根据实施例的管理软件的框图。
图3是图示根据一个实施例的功率分配的方法的流程图。
图4是图示根据另一实施例的功率分配的方法的流程图。
图5是图示根据又一实施例的功率分配的方法的流程图。
图6是图示根据再一实施例的功率分配的方法的流程图。
具体实施方式
将容易理解到，除了所描述的示例实施例之外，可以以各种各样的不同配置而布置并且设计在此如附图中通常描述和图示的实施例的组件。因此，如附图中所表示的示例实施例的以下更详细描述不旨在限制如要求保护的实施例的范围，而是仅代表示例实施例。
贯穿本说明书对“一个实施例”、“另一实施例”或“实施例”(等)的引用意指结合实施例所描述的特定特征、结构或特点被包括在至少一个实施例中。因此，贯穿本说明书的各地方的短语“在一个实施例中”或“在实施例中”等的出现不必全部指代相同实施例。
此外，在一个或多个实施例中，可以以任何适合的方式组合所描述的特征、结构或特点。在以下描述中，提供很多特定细节以给定实施例的透彻理解。然而，相关领域的技术人员将认识到，可以在没有特定细节中一个或多个特定细节的情况下，或者在其他方法、组件、材料等的情况下，实践实施例。在其他实例中，可能未详细示出或描述一些或全部结构、材料或操作以避免混淆。
如在此所使用的，单数“一”和“一种”可以被理解为包括复数形式，除非另外清楚指示，否则与“一个或多个”的意义一样。
图1图示了用于数据中心中的功率分配的系统10。系统10表示在其中管理软件120可以操作用于根据在下文中所描述的实施例的功率分配的示例性环境。例如，系统10提供系统管理器能够使用管理软件120对数据中心中或节点处的功率分配操作进行配置的机制。
在一些实现中，系统10包括被表示为功率模块110的电源、管理软件120、以及多个计算设备(例如，节点161、162、163等)，其耦合到功率模块110和管理软件120。每个节点(例如，节点161)包括管理控制器104和耦合到管理控制器104的功率控制器108。功率模块110向每个节点提供功率。管理控制器104被配置为从功率控制器108获得节点的实时功率使用数据，并且向管理软件120提供实时功率使用数据作为历史功率使用数据。管理软件120针对每个节点，基于从功率模块110所获得的历史功率使用数据和总可用功率容量来确定当前功率封顶(power capping)，并且将当前功率封顶分配给每个节点。进一步地，管理软件120针对每个节点，基于当前功率封顶和当前功率使用数据来确定更新的功率封顶，并且将更新的功率封顶分配给节点。
图2是管理软件120的框图。管理软件120包括用户图形用户接口(GUI)122、网络接口124、以及耦合到GUI 122和网络接口124的功率管理模块126、设备管理模块128以及警报处理器模块129。系统管理员可以向GUI 122提供输入以将用于功率分配的管理软件120配置到节点。更特别地，系统管理员可以将数据输入到GUI 122中以将功率封顶配置到每个节点。系统管理员还可以向GUI 122提供输入以对可以触发功率重新分配或功率封顶调节的达到数阈值进行配置。功率管理模块126、设备管理模块128和警报处理器模块129彼此操作和协调以执行管理软件120的操作。网络接口124经由私有或公共网络121与计算机系统中的功率模块110、管理控制器104和计算机系统中的其他设备/模块(诸如后端和/或其他设备/模块109)进行通信。
管理器控制器104(例如，基板管理控制器(BMC))从功率供应控制器108(例如，节点管理器)获得每个节点的实时功率使用数据。功率控制器108装备有功率测量和功率限制功能(将节点管理器用作示例)。管理器104被配置为获得每个节点的实时功率使用数据并且将实时功率使用数据存储为每个节点的历史功率使用数据。
在本实施例中，管理软件120与管理控制器104通信。在一些其他实施例中，管理软件120可以直接地与每个节点的功率控制器108通信以获取实时功率使用数据。
在一个实施例中，管理软件120基于节点的历史功率使用数据和功率模块110的总可用功率供应容量，确定每个节点的当前功率封顶。针对每个节点所确定的当前功率封顶然后被分配给每个对应的节点，以用于限制每个节点的功率使用。
在当前功率封顶被分配给节点之后，并且在节点的当前功率使用通过达到一次、两次或其他次数而达到当前功率封顶时，管理软件120将确定该节点具有使用比向其指派的当前功率封顶更多功率的更高的可能性或趋势。因此，管理软件120将被触发，以通过确定比当前功率封顶更高的更新功率封顶来调节当前功率封顶，并且将更新功率封顶分配给该节点。对于当前功率使用小于向其指派的当前功率封顶的其他一个或多个节点而言，管理软件120确定这样的节点使用超过其当前功率封顶的更多功率的低可能性。因此，管理软件120将确定与当前功率封顶相同或者小于当前功率封顶的更新功率封顶，并且将更新功率封顶分配给这样的节点。
图3是根据一个实施例的图示针对多个计算设备的功率分配方法300的流程图。在上下文中所公开的这个和其他实施例中，功率分配方法被图示用于节点，作为计算机系统中的计算设备的非限制性示例。计算设备可以以操作并且消耗计算机系统中的功率的服务器或类似类型的负载的形式。在块318处，每个节点的管理控制器104从节点的功率供应控制器108获得实时功率使用数据。这样的实时功率使用数据在时间段期间被累积以形成节点的历史功率使用数据。在块320处，过去时间帧中的节点的历史功率使用数据被存储在管理控制器104中。在块304处，管理软件120从管理控制器104获得节点的历史功率使用数据。在块306处，管理软件120基于节点的历史功率使用数据和功率模块110的总可用功率供应容量，确定针对每个节点的当前功率封顶。在块308处，管理软件120将当前功率封顶分配给节点中的每个节点。在块322处，管理控制器104将分配的当前功率封顶设置到节点。随后，在块324处，管理控制器104获得节点的当前功率使用数据。如果当前功率使用达到当前功率封顶，则控制器104将情况报告给管理软件120。在块310处，管理软件120将记录该周期中的每个节点的达到数并且确定针对每个节点的更新功率封顶。在块311处，评估关于达到数是否超过预定次数(例如，一次、两次或更多次)的准则。如果“是”，则在块312处，更新功率封顶被确定为比当前功率封顶更高。如果“否”，则在块313处，更新功率封顶被确定为与当前功率封顶相同或比其更低。在块314处，管理软件120将更新功率封顶分配给每个对应的节点。在块326处，更新功率封顶被提供到管理控制器104并且被设置到节点。管理软件120然后进行到块316以等待功率封顶确定的下一调度，并且返回块304以开始新一轮功率分配确定操作。同时，管理控制器104开始用于提供到用于功率封顶确定的管理软件的新一轮功率使用获取。
当前功率封顶可以根据以下式进行被计算：
P_allo＝(P_node_his/P_total)*(P_avail-P_min*N_power_off) (1)
其中
P_allo表示用于分配给节点的当前功率封顶；
P_node_his表示过去时间帧中的节点的趋势历史功率使用数据，
P_total表示过去时间帧中的所有节点的总功率使用数据，
P_avail表示当前时间帧中的功率供应单元的总可用功率，
P_min表示由每个节点需要通电的功率供应单元造成的最小功率，以及
N_power_off表示过去时间帧中的断电状态的节点数目。
如果一个或多个节点的实时功率使用达到当前功率封顶，并且达到功率基线值的节点的强度大于预定阈值(例如，达到一次、两次或更多次数时)，则管理软件120将被触发以确定更新功率封顶并且将更新功率封顶分配到(一个或多个)节点。更新功率封顶在上下文中被表示为P_allo_new，并且用于基于节点的当前功率封顶确定更新功率封顶的功率增量/减量的预定步骤被表示为P_step。
对于具有达到当前时间帧中的当前功率封顶的当前功率使用的(一个或多个)节点而言，更新功率封顶被确定为比当前功率封顶更高(例如，通过来自如由式P_allo_new＝P_allo+P_step所表示的当前功率封顶的增量)。对于具有小于当前时间帧中的当前功率封顶的当前功率使用的(一个或多个)节点而言，更新功率封顶被确定为与当前功率封顶相同或比当前功率封顶相同更低(例如，通过来自如相应地由式P_allo_new＝P_allo和P_allo_new＝P_allo–P_step所表示的当前功率封顶的减量)。
表1中的示例被给出有使用以上所图示的式的样本数据和计算。在该示例中，刀片系统包括10个节点和4个功率供应单元(PSU)。每个节点包括两个CPU、具有500W的最大功率消耗的4个双列直插式存储器模块(DIMM)。每个PSU的标签功率是2000W，并且PSU的风扇和交换机消耗920W的功率。假定2个PSU故障，则剩余的PSU的功率供应容量然后是3080W(2个PSU的总标签功率减去风扇和交换机的功率消耗，即2000*2-920＝3080W)。标称平均功率封顶对于每个节点而言是308W并且将根据每个节点的功率消耗趋势而被动态调节。
表1
Figure GDA0003762409490000061
如在表1中所示，节点1到节点10的P_node_his的和是2400W，即过去时间帧中的10个节点的总功率使用(P_total)。功率供应单元的总可用功率(P_avail)是3080W；每个节点通电的最小功率(P_min)是100W，并且2个节点(即，节点7和节点9)处于断电状态。因此，分配的功率(P_allo)根据式(1)和表1中呈现的以上数据被计算。
将节点3和节点4作为示例，节点3的历史功率使用是200W，并且节点4的历史功率使用是400W。根据式(1)，节点3的当前功率封顶(P_allo)被计算为240W，并且根据以下计算，节点4的当前功率封顶(P_allo)被计算为480W：
节点3:
P_allo＝(200/(300+300+200+400+200+400+200+400))*(3080-100*2)＝240W
节点4:
P_allo＝(400/(300+300+200+400+200+400+200+400))*(3080-100*2)＝480W
可以以相同方式获得其他节点的当前功率封顶(P_allo)。
假定节点3的当前功率使用是240W，并且在连续的3秒内达到240W的功率封顶(P_allo达到数＝3)。根据上文所图示的方法，管理软件确定更新功率封顶比当前功率封顶更高，并且将更新功率封顶分配给节点3作为在下一时间段中由节点3造成的更高功率使用的预测。给定10W(P_step＝10W)的增量，节点3的更新功率封顶是240W+10W＝250W。
由节点4、6和10造成的当前功率使用未达到480W的相应当前功率封顶(P_allo达到数＝0)，其指示其中节点4、6和10中的每个节点的当前功率使用小于480W的情况。因此，管理软件确定节点4、6和10不具有使用比480W的当前功率封顶更高的功率的高可能性或趋势，并且确定节点4、6和10的功率封顶可以减少以保留具有最高达到数的节点的功率容量。在以上给定的示例中，仅一个节点(节点3)在连续的3秒内达到功率封顶(P_allo达到数＝3)。因此，10W的额外功率将被分配为用于节点3的更新功率封顶。如此，仅节点4、6和10之一在该示例节点4中在随机基础上被选择为通过式(480W-10W＝470W)而分配有470W的更新功率封顶。节点6和10的更新功率封顶保持未改变为480W。
功率分配机制可以被配置为允许系统管理员通过GUI将优先级值分配给每个节点。在其中大多数节点具有最高功率封顶达到(例如，10个节点中的8个节点具有最高的P_allo达到数)的情况下，具有高优先级值的节点将分配有比具有低优先级值的节点更多的功率。
上文所描述的功率分配方法改进了其中总功率不足以支持所有节点的全速运行的情况中的总体组中的功率效率。具有使用更多功率的可能性或趋势的节点将分配有相对更高的功率封顶，并且不呈现使用更多功率的可能性或趋势的节点将分配有相对更低的功率封顶以改进系统性能，同时将功率供应平衡到系统中的每个节点。
上文所图示的功率分配方法可以独立地或联合地工作以用于数据中心功率管理。根据另一实施例，如在图4中所示，在块412处作为可选步骤，功率分配方法400包括获得计算机系统中的多个节点中的每个节点的历史功率使用数据。在块414处，确定针对每个对应的节点的当前功率封顶。在块416处作为可选步骤，所确定的当前功率封顶然后被分配给每个对应的节点。在下文中，在块418处，获得每个节点的当前功率使用。在块420处，基于相应的当前功率封顶和当前功率使用，确定针对每个节点的更新功率封顶。在块422处，针对每个节点的更新功率封顶将然后被分配给每个对应的节点。
在又一实施例中，如在图5中所示，在块512处，功率分配方法500包括基于节点的历史功率使用和总可用功率供应容量，确定多个节点中的每个节点的当前功率封顶。在块514处，所确定的当前功率封顶被分配给每个相应的节点。在块516处，针对每个节点的更新功率封顶基于节点的当前功率封顶和当前功率使用而被确定。在块518处，对于当前功率使用达到当前功率封顶的(一个或多个)节点而言，更新功率封顶将被确定为比当前功率封顶更高。同时或随后在块520处，对于当前功率使用与当前功率封顶相同或更低的(一个或多个)节点而言，更新功率封顶将被确定为比当前功率封顶更低。在块522处，所确定的更新功率封顶被分配给每个对应的节点。
在又一实施例中，如在图6中所示，在块612处，功率分配方法600包括基于节点的历史功率使用和总可用功率供应容量，确定多个节点中的每个节点的当前功率封顶。在块614处，当前功率封顶被分配给每个节点。在块616处，获得每个节点的当前功率使用。在块618处，对于第一节点而言，确定当前功率使用与当前功率封顶之间的第一差。在块620处，对于第二节点而言，确定当前功率使用与当前功率封顶之间的第二差。在第一差大于第二差的情况下，与第二节点相比较，第一节点被确定为基于其当前功率封顶使用更低的功率。因此，在块622处，第一更新功率封顶被确定为比当前功率封顶更低。随后或同时，在块624处，第二更新功率封顶被确定为比当前功率封顶更高。在块626处，第一更新功率封顶被分配给第一节点，并且在块628处，第二更新功率封顶被分配给第二节点。
本公开已经出于图示和描述的目的而被呈现，但是不旨在是详尽的或限制性的。许多修改和变型对于本领域的普通技术人员而言将是显而易见的。选择和描述实施例以便最好地解释原理和实际应用，并且使得本领域的普通技术人员能够针对具有如适于所预期的特定用途的各种修改的各种实施例而理解本公开。
因此，尽管在此已经参考附图描述了说明性示例实施例，但是将理解到，本描述是非限制性的，并且在不脱离本公开的范围或精神的情况下，可以由本领域的技术人员在其中实现各种其他改变和修改。

Claims (19)

1.一种针对多个计算设备的功率分配方法，所述方法包括：
确定针对所述多个计算设备中的每个计算设备的当前功率封顶，其中所述多个计算设备包括第一计算设备和第二计算设备；
获得每个计算设备的当前功率使用；
基于每个计算设备的相应的所述当前功率封顶和所述当前功率使用，确定针对所述计算设备的更新功率封顶，其中确定针对每个计算设备的更新功率封顶包括：
确定针对所述第一计算设备的所述当前功率使用与所述当前功率封顶之间的第一差；
确定针对所述第二计算设备的所述当前功率使用与所述当前功率封顶之间的第二差，其中所述第一差大于所述第二差，
其中针对所述第一计算设备的所述更新功率封顶被确定为低于针对所述第一计算设备的所述当前功率封顶，以及
其中针对所述第二计算设备的所述更新功率封顶被确定为高于针对所述第二计算设备的所述当前功率封顶；以及
将所述更新功率封顶分配给相应的所述计算设备。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述更新功率封顶被确定为低于针对计算设备的所述当前功率封顶，所述计算设备的当前功率使用小于被分配给所述计算设备的所述当前功率封顶。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述更新功率封顶被确定为高于针对计算设备的所述当前功率封顶，所述计算设备的当前功率使用达到被分配给所述计算设备的所述当前功率封顶。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述更新功率封顶被确定为高于针对计算设备的所述当前功率封顶，所述计算设备的当前功率使用数据至少两次达到所述当前功率封顶。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述更新功率封顶被确定为与针对计算设备的所述当前功率封顶相同，所述计算设备的当前功率使用数据小于被分配给所述计算设备的所述当前功率封顶。
6.根据权利要求1所述的方法，其中确定当前功率封顶根据下式被计算：
P_allo＝(P_node_his/P_total)*(P_avail–P_min*N_power_off)
其中
P_allo表示用于分配给计算设备的所述当前功率封顶；
P_node_his表示过去时间帧中的所述计算设备功率使用；
P_total表示所述过去时间帧中的计算设备中的所有计算设备的总功率使用；
P_avail表示当前时间帧中的功率供应单元的总可用功率；
P_min表示由每个计算设备需要通电的功率供应单元造成的最小功率；
N_power_off表示所述过去时间帧中的断电状态的计算设备的数目。
7.根据权利要求1所述的方法，其中确定针对每个计算设备的当前功率封顶基于每个计算设备的历史功率使用和总功率供应容量。
8.根据权利要求7所述的方法，其中针对其历史功率使用是零的计算设备，所述更新功率封顶与所述当前功率封顶相同。
9.根据权利要求1所述的方法，其中每个计算设备具有向其指派的优先级值，其中被分配给具有较高的优先级值的计算设备的所述更新功率封顶大于被分配给具有较低优先级值的计算设备的所述更新功率封顶。
10.一种功率分配方法，包括：
基于多个计算设备中的每个计算设备的历史功率使用和总可用功率供应容量，确定针对所述计算设备的当前功率封顶；
将所述当前功率封顶分配给每个计算设备；
基于每个计算设备的所述当前功率封顶和当前功率使用，确定针对所述计算设备的更新功率封顶；其中所述更新功率封顶被确定为比其当前功率使用小于被分配给计算设备的所述当前功率封顶的所述计算设备的所述当前功率封顶更低或相同，并且其中所述更新功率封顶被确定为比其当前功率使用达到被分配给计算设备的所述当前功率封顶的所述计算设备的所述当前功率封顶更高；
将所述更新功率封顶分配给每个计算设备。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述更新功率封顶被确定为高于针对计算设备的所述当前功率封顶，所述计算设备的当前功率使用数据至少两次达到所述当前功率封顶。
12.根据权利要求10所述的方法，其中所述更新功率封顶被确定为低于针对计算设备的所述当前功率封顶，所述计算设备的当前功率使用低于被分配给所述计算设备的所述当前功率封顶。
13.根据权利要求10所述的方法，其中所述更新功率封顶被确定为与针对计算设备的所述当前功率封顶相同，所述计算设备的当前功率使用数据小于被分配给所述计算设备的所述当前功率封顶。
14.根据权利要求10所述的方法，其中确定当前功率封顶根据下式被计算：
P_allo＝(P_node_his/P_total)*(P_avail–P_min*N_power_off)
其中
P_allo表示用于分配给计算设备的所述当前功率封顶；
P_node_his表示过去时间帧中的所述计算设备的功率使用；
P_total表示所述过去时间帧中的计算设备中的所有计算设备的总功率使用；
P_avail表示当前时间帧中的功率供给单元的总可用功率；
P_min表示由每个计算设备需要通电的功率供应单元造成的最小功率；
N_power_off表示所述过去时间帧中的断电状态的计算设备的数目。
15.根据权利要求10所述的方法，其中针对其历史功率供应使用是零的计算设备，所述更新功率封顶与所述当前功率封顶相同。
16.一种功率分配方法，包括：
基于多个计算设备中的每个计算设备的历史功率使用和总可用功率供应容量，确定针对所述计算设备的当前功率封顶；
将所述当前功率封顶分配给每个计算设备；
获得每个计算设备的当前功率使用；
确定针对第一计算设备的所述当前功率使用与所述当前功率封顶之间的第一差；
确定针对第二计算设备的所述当前功率使用与所述当前功率封顶之间的第二差，其中所述第一差大于所述第二差，
确定针对所述第一计算设备的第一更新功率封顶，其中所述第一更新功率封顶低于针对所述第一计算设备的所述当前功率封顶，以及
确定针对所述第二计算设备的第二更新功率封顶，其中针对所述第二计算设备的所述更新功率封顶高于针对所述第二计算设备的所述当前功率封顶，
将所述第一更新功率封顶分配给所述第一计算设备，以及
将所述第二更新功率封顶分配给所述第二计算设备。
17.根据权利要求16所述的方法，其中确定当前功率封顶根据下式被计算：
P_allo＝(P_node_his/P_total)*(P_avail–P_min*N_power_off)
其中
P_allo表示用于分配给计算设备的所述当前功率封顶；
P_node_his表示过去时间帧中的所述计算设备的功率使用；
P_total表示所述过去时间帧中的计算设备中的所有计算设备的总功率使用；
P_avail表示当前时间帧中的功率供给单元的总可用功率；
P_min表示由每个计算设备需要通电的功率供应单元造成的最小功率；
N_power_off表示所述过去时间帧中的断电状态的计算设备的数目。
18.根据权利要求16所述的方法，其中针对其历史功率使用是零的计算设备，所述更新功率封顶与所述当前功率封顶相同。
19.一种计算设备，包括：
功率控制器，其被配置为监视所述计算设备的当前功率使用；以及
管理控制器，其被耦合到所述功率控制器，
其中所述管理控制器被配置为从所述功率控制器获得所述计算设备的所述当前功率使用，以用于基于所述计算设备的当前功率封顶和所述当前功率使用来确定针对所述计算设备的更新功率封顶，其中如果所述计算设备的所述当前功率使用小于被分配给所述计算设备的所述当前功率封顶，则所述更新功率封顶被确定为比所述当前功率封顶更低或相同，并且其中如果所述计算设备的所述当前功率使用达到被分配给计算设备的当前功率上限，则所述更新功率封顶被确定为比所述当前功率封底更高。
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