CN112394803A - 一种国产服务器功耗实时动态调节方法 - Google Patents

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Abstract

一种国产服务器功耗实时动态调节方法，其特征在于，包括：以预定间隔对服务器当前所有CPU内核的使用率进行采样并记录；根据CPU内核的使用率采样记录计算第一预定时间内CPU内核的平均使用率；根据第一预定时间内CPU内核的平均使用率对CPU内核的状态进行分类；根据分类结果对服务器的硬件进行功耗调控。通过本发明对采用国产CPU的国产服务器的CPU内核的频率及功耗灵活调控，让不同任务负载情况下的国产服务器的CPU内核在不影响性能的前提下降低功耗，使得整个服务器或服务器集群的总体的功耗随之降低。

Description

一种国产服务器功耗实时动态调节方法
技术领域
本申请涉及计算机功耗控制领域，具体地涉及一种国产服务器功耗实时动态调节方法。
背景技术
服务器是数据中心的主要构成部分，其中一台或一组服务器被称为数据中心的一个节点。数据中心并不是简单的一些服务器的集合，它是一种多功能的建筑物，能容纳多个服务器以及通信设备。这些设备被放置在一起是因为它们具有相同的对环境的要求以及物理安全上的需求，并且这样放置便于维护。
大规模的数据中心部署同时又带来了新的挑战——电能消耗。以一个拥有1000台设备的中等数据中心为例，每台设备平均每小时功耗400瓦，全年的耗电量将是350万千瓦。除了IT本身的功耗外，在设备集中的数据机房还要考虑配套的冷却功耗，服务器设备每消耗1千瓦的电力，将额外需要1千瓦到2千瓦的能量来驱动空调设备用于降低机房温度。随着电力成本的不断增加，数据中心运营成本也不断提高。服务器的节能考虑对于数据中心管理者来说已经到了刻不容缓的地步。
芯片级节能技术主要包括大规模集成电路、芯片的动态功耗管理和专用的低功耗芯片。以处理器为例，随着CPU加工工艺的不断提升，越来越多的功能性模块被集成到CPU内部(比如内存控制器和图像处理器)，集成度的增加带来了板级设备的减少和功耗的降低。目前CPU均带有动态功耗管理的功能，操作系统可以通过OSPM(Operation System PowerManagement)接口与BIOS(Basic Input Output System)协作，通过降低电压、频率和占空比的方式，动态调整CPU功耗，进而达到根据系统当前的运行状态动态调整CPU的功耗的目的。
近年来，由于国产芯片在性能上不断提升，处于对安全的考虑越来越多的国产服务器被应用。但是对于国产服务器功耗管控也带来新的问题，现有的功耗控制工具都是为国外CPU所配置的或者是使用的国外CPU管理工具对CPU进行功耗限制。
因此，亟需一种可以有效管控国产服务器功耗的方法。
发明内容
为解决以上问题，本发明提出了一种国产服务器功耗实时动态调节方法，包括以下步骤：
以预定间隔对服务器当前所有CPU内核的使用率进行采样并记录；
根据CPU内核的使用率采样记录计算第一预定时间内CPU内核的平均使用率；
根据第一预定时间内CPU内核的平均使用率对CPU内核的状态进行分类；
根据分类结果对服务器的硬件进行功耗调控。
在本发明的一些实施方式中，根据第一预定时间内CPU内核的平均使用率对CPU内核的状态进行分类，包括：
响应于CPU内核的平均使用率低于第一阈值，将CPU内核状态设定为空闲状态。
在本发明的一些实施方式中，方法还包括：
根据CPU内核的使用率采样记录计算第二预定时间内CPU内核的平均使用率；响应于在第二预定时间内所述CPU内核的平均使用率再次低于第一阈值，则将所述CPU内核关闭。
在本发明的一些实施方式中，方法还包括：
响应于服务器处于运行中的所有CPU内核均为高负载状态，将已关闭的CPU内核重新启动并将所述重启后的CPU内核状态设定为高负载。
在本发明的一些实施方式中，根据第一预定时间内CPU内核的平均使用率对CPU内核的状态进行分类还包括：
响应于CPU内核的平均使用率低于第二阈值且高于第一阈值，将所述CPU内核状态设定为低负载。
在本发明的一些实施方式中，根据第一预定时间内CPU内核的平均使用率对CPU内核的状态进行分类还包括：响应于CPU内核的平均使用率低于第三阈值且高于第二阈值，将所述CPU内核状态设定为中负载。
在本发明的一些实施方式中，根据第一预定时间内CPU内核的平均使用率对CPU内核的状态进行分类还包括：响应于CPU内核的平均使用率高于第三阈值，将所述CPU内核状态设定为高负载。
在本发明的一些实施方式中，根据第一预定时间内CPU内核的平均使用率对CPU内核的状态进行分类还包括：响应于CPU内核的平均使用率在第一预定时间内等于所属状态CPU内核的最大使用率，将CPU内核状态调整到高负载状态。
在本发明的一些实施方式中，根据分类结果对服务器的硬件进行功耗限制包括：
响应于CPU内核状态为空闲，将CPU内核频率设定为第一频率；
响应于CPU内核状态为低负载，将CPU内核频率设定为高于第一频率的第二频率；
响应于CPU内核状态为中负载，将CPU内核频率设定为高于第二频率的第三频率；
响应于CPU内核状态为高负载，将CPU内核频率设定为最高频率。
在本发明的一些实施方式中，根据分类结果对服务器的硬件进行功耗限制还包括：
将所有CPU内核的使用率叠加计算出总体使用率，根据CPU内核状态分类方法对CPU状态进行分类；
响应于CPU状态为空闲，将CPU风扇转速设定为第一转速；
响应于CPU状态为低负载，将CPU风扇转速设定为高于第一转速的第二转速；
响应于CPU状态为中负载，将CPU风扇转速设定为高于第二转速的第三转速；
响应于CPU状态为高负载，将CPU风扇转速设定为最高转速。
通过本发明所提出的一种国产服务器功耗实时动态调节方法，通过对服务器CPU内核的监控，判断CPU内核的状态，对不同的状态实行不同的功耗控制，避免低负载下服务器CPU频率过高，性能浪费导致的电力消耗情况，极大的减少了国产服务器运行时的功率浪费，进一步降低了为国产服务器服务的降温设备的功耗。对整个国产服务器系统节省更多能源。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的实施例。
图1为本发明一种国产服务器功耗实时动态调节方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明实施例进一步详细说明。
如图1所示，本发明提出了一种国产服务器功耗实时动态调节方法，包括以下步骤：
S1、以预定间隔对服务器当前所有CPU内核的使用率进行采样并记录；
S2、根据CPU内核的使用率采样记录计算第一预定时间内CPU内核的平均使用率；
S3、根据第一预定时间内CPU内核的平均使用率对CPU内核的状态进行分类；
S4、根据分类结果对服务器的硬件进行功耗调控。
其中，在步骤S1中，为减轻少对系统的资源的消耗，每隔3秒通过shell命令调用操作系统的系统接口获取服务器所有的内核的使用率信息，并将信息保存到日志文件中；
在步骤S2中，将当前时刻3分钟之前的所有CPU内核的使用率进行求平均运算，分别计算出对应内核的使用率；
在步骤S3中，根据使用率的数值，在一定梯度上进行分类，例如将每个CPU内核分为空闲状态、低功耗状态、中功耗状态、高功耗状态。
在步骤S4中，通过加载服务器所采用的CPU服务商提供的OSPM(Operation SystemPower Management)或BIOS(Basic Input Output System)协作，读取当前服务器所采用的CPU的配置文件，根据步骤S3的分类结果对相应的CPU内核的频率进行调控，同时根据CPU核心的总体使用率对CPU散热器的可控风扇及服务器上的可控散热风扇的转速进行控制。
在本发明的一些实施例中，根据第一预定时间内CPU内核的平均使用率对CPU内核的状态进行分类，包括：响应于CPU内核的平均使用率低于第一阈值，将CPU内核状态设定为空闲状态。
在本实施例中，通过计算获得每个CPU内核在最近3分钟内的平均使用率，将平均使用率低于5％的内核的状态设定空闲状态。
在在本发明的一些实施例中，方法还包括：响应于CPU内核的平均使用率低于第一阈值，根据CPU内核的使用率采样记录计算第二预定时间内CPU内核的平均使用率；响应于且在第二预定时间内所述CPU内核的平均使用率再次低于第一阈值，则将所述CPU内核关闭。
在本实施例中，在一些情况下，由于计算机处于空闲状态或线程并不需要使用更多的CPU内核进行运算，因此会将大多数CPU内核进行闲置或让进程或线程在多个内核中轮流处理。出现在同一时刻总有多个核心的使用率非常低的情况，如果在2个小时以内始终存在多个内核处于低使用率情况，则将CPU的多个空闲内核关闭。
在本发明的一些实施例中，方法还包括：响应于服务器处于运行中的所有CPU内核均为高负载状态，将已关闭的CPU内核重新启动并将所述重启后的CPU内核状态设定为高负载。
在本实施例中，由于使用本发明所设计的功耗控制会将处于长时间空闲状态的CPU内核关闭，因此当活跃CPU内核在所在状态满载后，需要将处于关闭的内核启用，并将启用后的CPU处于高负载状态以及时应对当前的服务器压力，例如，某服务器CPU共有8个核心，由于系统的任务负载不高，在一端时间内只开启了4个核心，且所开启的4个核心都运行在中负载状态，并对所述4个核心的频率进行了限制，在某一时刻，由于系统任务的增加，当4个核心在当前频率下的使用率达到100％(此使用率根据当前频率计算获得)，则说明系统的任务增加导致在当前频率下的CPU满负荷，但不确定当前任务的规模，所以将已关闭的其他四个CPU核心开启并且直接将开启的核心以高负载状态最大频率运行，来应对一些突发情况。
在本发明的一些实施例中，根据第一预定时间内CPU内核的平均使用率对CPU内核的状态进行分类还包括：响应于CPU内核的平均使用率低于第二阈值且高于第一阈值，将所述CPU内核状态设定为低负载。在本实施例中，将最近3分钟内平均使用率低于50％且高于5％的CPU的内核的状态设定为低负载。
在本发明的一些实施例中，根据第一预定时间内CPU内核的平均使用率对CPU内核的状态进行分类还包括：响应于CPU内核的平均使用率低于第三阈值且高于第二阈值，将所述CPU内核状态设定为中负载。在本实施例中，将最近3分钟内平均使用率高于50％且低于80％的CPU内核的状态设定为中负载。
在本发明的一些实施例中，根据第一预定时间内CPU内核的平均使用率对CPU内核的状态进行分类还包括：响应于CPU内核的平均使用率高于第三阈值，将所述CPU内核状态设定为高负载。在本实施例中，将最近3分钟内平均使用率高于80％的CPU内核的状态设定为高负载。
在本发明的一些实施例中，根据第一预定时间内CPU内核的平均使用率对CPU内核的状态进行分类还包括：响应于CPU内核的平均使用率在第一预定时间内等于所属状态CPU内核的最大使用率，将CPU内核状态调整到高负载状态。
在本实施例中，当某CPU内核因其使用率在一个梯度范围，并根据该梯度对CPU内核的频率进行限制，在这种状态下如果在3分钟内该CPU内核一直处于在当前频率下的满载状态，则说明使用该CPU内核的进城或线程需要更高的频率进行计算。因此，在这种情况下直接将该内核设定为高负载状态并将该内核的频率设定为默认下最高频率(区别于硬件睿频技术的最高频)。
在本发明的一些实施例中，根据分类结果对服务器的硬件进行功耗限制包括：
响应于CPU内核状态为空闲，将CPU内核频率设定为第一频率；
响应于CPU内核状态为低负载，将CPU内核频率设定为高于第一频率的第二频率；
响应于CPU内核状态为中负载，将CPU内核频率设定为高于第二频率的第三频率；
响应于CPU内核状态为高负载，将CPU内核频率设定为最高频率。
在本实施例，在当下服务器CPU的技术背景下，大多数服务器核心数都在12核心以上，其主频往往都在2.2GHz-3GHz范围，大部分都在2GHz左右，因此将CPU内核状态为空闲状态的CPU内核的频率设定为300MHz；将CPU内核状态为低负载状态的CPU内核的频率设定为800MHz，将CPU内核状态为中负载的CPU内核频率设置为1.6GHz，将处于高负载的CPU内核的频率设置为所属CPU类型的最大频率。
在本发明的一些实施例中，根据分类结果对服务器的硬件进行功耗限制还包括：
将所有CPU内核的使用率叠加计算出总体使用率，根据CPU内核状态分类方法对CPU状态进行分类；
响应于CPU状态为空闲，将CPU风扇转速设定为第一转速；
响应于CPU状态为低负载，将CPU风扇转速设定为高于第一转速的第二转速；
响应于CPU状态为中负载，将CPU风扇转速设定为高于第二转速的第三转速；
响应于CPU状态为高负载，将CPU风扇转速设定为最高转速。
在本实施例中，通过shell命令获取到所有CPU内核的使用率，并将所有内核的使用率叠加到一起，计算出所有内核的总的使用率，根据前述的对单个内核的状态的分类方法，根据所有内核的总的使用率对CPU的使用状态进行分类，将CPU使用率分为空闲、低负载、中负载、高负载。当CPU处于空闲时，将服务器上用于散热用的风扇，包括CPU散热风扇等可调风扇的转速设定为最大转速的10％，当CPU处于低负载状态时，将服务器上可调风扇的转速设定为最大转速的50％，当CPU处于中负载时，将服务器上可调风扇的转速设定为最大转速的80％，当CPU处于高负载是，将服务器上可调风扇的转速设定为最大转速。
通过本发明提出的一种国产服务器功耗实时动态调节方法，对国产CPU的使用率进行动态监控，根据使用率将CPU划分为不同的状态，并根据使用状态的不同，将对应的CPU内核的频率进行分别设置，可根据计算机任务负载的不同灵活匹配对应的CPU内核，使得不同的任务需求对应不同等级的CPU频率，将CPU的利用在保证性能的前提下实现了最低功耗使用。实现了对国产服务器的功耗控制良好管控。

Claims (10)

1.一种国产服务器功耗实时动态调节方法，其特征在于，包括：
以预定间隔对服务器当前所有CPU内核的使用率进行采样并记录；
根据CPU内核的使用率采样记录计算第一预定时间内CPU内核的平均使用率；
根据所述第一预定时间内CPU内核的平均使用率对CPU内核的状态进行分类；
根据分类结果对服务器的硬件进行功耗调控。
2.根据权利要求1所述的国产服务器功耗实时动态调节方法，其特征在于，所述根据所述第一预定时间内CPU内核的平均使用率对CPU内核的状态进行分类，包括：
响应于CPU内核的平均使用率低于第一阈值，将CPU内核状态设定为空闲状态。
3.根据权利要求2所述的国产服务器功耗实时动态调节方法，其特征在于，还包括：
根据CPU内核的使用率采样记录计算第二预定时间内CPU内核的平均使用率；
响应于在第二预定时间内所述CPU内核的平均使用率再次低于第一阈值，则将所述CPU内核关闭。
4.根据权利要求3所述的国产服务器功耗实时动态调节方法，其特征在于，还包括：
响应于服务器处于运行中的所有CPU内核均为高负载状态，将已关闭的CPU内核重新启动并将所述重启后的CPU内核状态设定为高负载。
5.根据权利要求1所述的国产服务器功耗实时动态调节方法，其特征在于，所述根据所述第一预定时间内CPU内核的平均使用率对CPU内核的状态进行分类，还包括：
响应于CPU内核的平均使用率低于第二阈值且高于第一阈值，将所述CPU内核状态设定为低负载。
6.根据权利要求1所述的国产服务器功耗实时动态调节的方法，其特征在于，所述根据所述第一预定时间内CPU内核的平均使用率对CPU内核的状态进行分类，还包括：
响应于CPU内核的平均使用率低于第三阈值且高于第二阈值，将所述CPU内核状态设定为中负载。
7.根据权利要求1所述的国产服务器功耗实时动态调节方法，其特征在于，所述根据所述第一预定时间内CPU内核的平均使用率对CPU内核的状态进行分类，还包括：
响应于CPU内核的平均使用率高于第三阈值，将所述CPU内核状态设定为高负载。
8.根据权利要求1所述的国产服务器功耗实时动态调节方法，其特征在于，所述根据所述第一预定时间内CPU内核的平均使用率对CPU内核的状态进行分类，还包括：
响应于CPU内核的平均使用率在第一预定时间内等于所属状态CPU内核的最大使用率，将CPU内核状态调整到高负载状态。
9.根据权利要求1所述的国产服务器功耗实时动态调节方法，其特征在于，所述根据分类结果对服务器的硬件进行功耗限制包括：
响应于CPU内核状态为空闲，将CPU内核频率设定为第一频率；
响应于CPU内核状态为低负载，将CPU内核频率设定为高于第一频率的第二频率；
响应于CPU内核状态为中负载，将CPU内核频率设定为高于第二频率的第三频率；
响应于CPU内核状态为高负载，将CPU内核频率设定为最高频率。
10.根据权利要求9所述的国产服务器功耗实时动态调节方法，其特征在于，所述根据分类结果对服务器的硬件进行功耗限制还包括：
将所有CPU内核的使用率叠加计算出总体使用率，根据CPU内核状态分类方法对CPU状态进行分类；
响应于CPU状态为空闲，将CPU风扇转速设定为第一转速；
响应于CPU状态为低负载，将CPU风扇转速设定为高于第一转速的第二转速；
响应于CPU状态为中负载，将CPU风扇转速设定为高于第二转速的第三转速；
响应于CPU状态为高负载，将CPU风扇转速设定为最高转速。
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