CN116557322A - 一种风扇控制方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种风扇控制方法和装置，涉及自动控制技术领域，用于提升风扇的响应效率，进而提升计算设备的散热效果。获取计算设备的实际温度和目标温度之间的偏差，以及计算设备的负载，负载用于指示计算设备中计算资源的使用情况；根据偏差，确定初始调整值，初始调整值用于指示预测消除偏差的计算设备的风扇转速的调整值；根据负载和初始调整值，确定观测扰动值；其中，观测扰动值用于指示影响初始调整值消除偏差的干扰；将观测扰动值补偿至初始调整值，得到目标调整值，目标调整值用于调整风扇转速。
Description
技术领域
本申请涉及自动控制技术领域，尤其涉及一种风扇控制方法和装置。
背景技术
计算设备中的风扇主要用于提供降温服务，以避免计算设备中的处理器温度过高，引起计算设备宕机。当前，通常采用PID(proportional(比例)、integral(积分)、differential(微分)的缩写)算法，通过计算设备的实际温度和目标温度之间的偏差，基于比例系数、积分和微分计算得到风扇转速调整值，用于调整风扇转速，实现降温。然而，在实际应用中，基于实际发生的温度偏差调整风扇转速时，存在散热不及时的情况，或者，为了避免上述情况而对风扇转速进行超调，造成资源浪费，从而影响整体的散热效果。
发明内容
本申请实施例提供了一种风扇控制方法和装置，用于通过控制风扇提升对计算设备温度的有效控制。
为达到上述目的，本申请的实施例采用如下技术方案：
第一方面，提供了一种风扇控制方法，包括：获取计算设备的实际温度和目标温度之间的偏差，以及计算设备的负载，负载用于指示计算设备中计算资源的使用情况；根据偏差，确定初始调整值，初始调整值用于指示预测消除偏差的计算设备的风扇转速的调整值；根据负载和初始调整值，确定观测扰动值；其中，观测扰动值用于指示影响初始调整值消除偏差的干扰；将观测扰动值补偿至初始调整值，得到目标调整值，目标调整值用于调整风扇转速。
由于当前基于PID算法控制风扇的方式响应效率相对滞后，需要等到实际温度与目标温度发生偏差时，才去补偿修正偏差，影响计算设备的散热效果。对此，提出了上述风扇控制方法，通过获取计算设备的负载，预测计算设备温度变化，例如，当负载增大，预测温度将升高，则根据预测温度变化情况，相应提升风扇转速，从而使得实际温度在未发生明显变化时，通过风扇转速的调整，实现及时散热；由于负载对计算设备的温度影响较大，基于负载所预测的温度变化准确性较高，从而控制风扇对实际温度造成的变化较小，由此可以避免发生超调的情况，减少资源浪费。
在一种可能的实现方式中，负载包括实际负载和理想负载，实际负载用于指示计算设备中计算资源在第一时刻的实际使用情况，理想负载用于指示计算设备中计算资源的理想使用情况，根据负载和初始调整值，确定观测扰动值，包括：根据实际负载和理想负载，确定负载偏差；其中，负载偏差用于指示实际负载和理想负载之间的差值；根据负载偏差和初始调整值，确定观测扰动值。
该种可能的实现方式，通过获取实际负载和理想负载之间的负载偏差，确定观测扰动值，有助于精确观测扰动值，提升调整风扇转速的准确性。
在一种可能的实现方式中，负载包括实际负载和历史负载，实际负载用于指示计算设备中计算资源在第一时刻的实际使用情况，历史负载用于指示计算设备中计算资源在第一时刻的前一时刻获取的实际使用情况，根据负载和初始调整值，确定观测扰动值，包括：根据实际负载和历史负载，确定负载变化率；其中，负载变化率用于指示实际负载的变化情况；根据负载变化率和初始调整值，确定观测扰动值。
该种可能的实现方式，通过获取实际负载和历史负载之间的负载变化率，确定观测扰动值，有助于精确观测扰动值，提升调整风扇转速的准确性。
在一种可能的实现方式中，实际负载为经过低通滤波后的负载。
该种可能的实现方式，通过将实际负载进行低通滤波，有助于避免实际负载发生跳变，影响观测扰动值的结果。
在一种可能的实现方式中，偏差包括经低通滤波得到的滤波后的目标温度与实际温度的差值，以及经低通滤波得到的目标温度变化率和实际温度变化率的差值；其中，目标温度变化率为滤波后的目标温度的变化情况，实际温度变化率为实际温度与前一时刻的实际温度的变化情况。
该种可能的实现方式，有助于在实际温度与目标温度差值较大的情况下，由实际温度通过滤波后的目标温度过渡至目标温度，避免产生差异较大的调整值，影响系统的稳定性。
在一种可能的实现方式中，负载包括计算设备的中央处理器CPU占用率、计算设备的内存占用率和计算设备的输入输出I/O吞吐量中的一种或多种。
该种可能的实现方式，提供了负载的具体形式，提升方案可实施性。
在一种可能的实现方式中，获取计算设备的实际温度和目标温度之间的偏差，包括：获取计算设备的实际温度和目标温度；将实际温度和目标温度进行低通滤波，得到滤波后的实际温度和实际温度变化率，以及滤波后的目标温度和目标温度变化率；获取滤波后的实际温度与滤波后的目标温度之间的差值，以及实际温度变化率和目标温度变化率的差值。
该种可能的实现方式，计算设备通过低通滤波后的实际温度和目标温度得到偏差，在后续基于偏差调整风扇时，其散热结果由实际温度逐渐趋向于目标温度，从而有助于避免出现超调的情况，造成不必要的功耗。
第二方面，提供了一种控制设备，包括处理器和管理控制器，处理器和管理控制器电连接；管理控制器用于执行以下步骤：获取处理器的实际温度和目标温度之间的偏差，以及处理器的负载，负载用于指示处理器中计算资源的使用情况；根据偏差，确定初始调整值，初始调整值用于指示预测消除偏差的处理器的风扇转速的调整值；根据负载和初始调整值，确定观测扰动值；其中，观测扰动值用于指示影响初始调整值消除偏差的干扰；将观测扰动值补偿至初始调整值，得到目标调整值，目标调整值用于调整风扇转速。
第三方面，提供了一种管理控制器，包括：用于执行第一方面提供的任意一种方法的功能单元，各个功能单元所执行的动作通过硬件实现或通过硬件执行相应的软件实现。例如，该控制设备可以包括：获取单元和确定单元。获取单元，用于获取计算设备的实际温度和目标温度之间的偏差，以及计算设备的负载，负载用于指示计算设备中计算资源的使用情况。确定单元，用于根据偏差，确定初始调整值，初始调整值用于指示预测消除偏差的计算设备的风扇转速的调整值。确定单元，还用于根据负载和初始调整值，确定观测扰动值；其中，观测扰动值用于指示影响初始调整值消除偏差的干扰。确定单元，还用于将观测扰动值补偿至初始调整值，得到目标调整值，目标调整值用于调整风扇转速。
第四方面，包括：处理器和存储器。处理器与存储器连接，存储器用于存储计算机执行程序代码，处理器执行调用程序代码，以执行第一方面提供的任意一种方法。
第五方面，提供了一种芯片，该芯片包括：处理器和接口电路；接口电路，用于接收代码指令并传输至处理器；处理器，用于运行代码指令以执行第一方面提供的任意一种方法。
第六方面，提供了一种控制系统，该系统包括处理器、管理控制器和风扇。管理控制器，用于获取处理器的实际温度和目标温度之间的偏差，以及处理器的负载，负载用于指示处理器中计算资源的使用情况；根据偏差，确定初始调整值，初始调整值用于指示预测消除偏差的处理器的风扇转速的调整值；根据负载和初始调整值，确定观测扰动值；其中，观测扰动值用于指示影响初始调整值消除偏差的干扰；将观测扰动值补偿至初始调整值，得到目标调整值，目标调整值用于调整风扇转速。管理控制器，还用于向风扇发送目标调整值。风扇，用于根据目标调整值，调整转速。
第七方面，提供了一种计算机可读存储介质，包括计算机执行指令，当计算机执行指令在计算机上运行时，使得计算机执行第一方面提供的任意一种方法。
第八方面，提供了一种计算机程序产品，包括计算机执行指令，当计算机执行指令在计算机上运行时，使得计算机执行第一方面提供的任意一种方法。
第二方面至第八方面中的任一种实现方式所带来的技术效果可参见第一方面中对应实现方式所带来的技术效果，此处不再赘述。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种系统架构图；
图2为本申请实施例提供的一种脉冲信号示意图；
图3为本申请实施例提供的一种基于PID算法实现风扇控制的场景示意图；
图4为本申请实施例提供的一种风扇控制方法的流程示意图；
图5为本申请实施例提供的一种结合ADRC技术的风扇控制方法的场景示意图；
图6为本申请实施例提供的一种扩张状态观测器输出观测扰动值的场景示意图；
图7为本申请实施例提供的一种结合ADRC技术的风扇控制方法的场景示意图；
图8为本申请实施例提供的一种管理控制器的组成示意图。
具体实施方式
在本申请的描述中，除非另有说明，“/”表示“或”的意思，例如，A/B可以表示A或B。本文中的“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。此外，“至少一个”是指一个或多个，“多个”是指两个或两个以上。“第一”、“第二”等字样并不对数量和执行次序进行限定，并且“第一”、“第二”等字样也并不限定一定不同。
需要说明的是，本申请中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本申请中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其他实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。
如图1所示，为本申请实施例提供的一种系统架构图。该系统架构图是计算设备的架构图。参考图1，该计算设备的硬件部分包括处理器、管理控制器、存储器以及风扇，软件部分主要包括带外管理模块、处理器固件以及操作系统(operating system，OS)管理单元。其中，OS管理单元存储于处理器内，带外管理模块存储于管理控制器内，处理器固件可以存储于处理器内(如图1所示)，或者处理器固件也可以存储于处理器外的固件芯片(图1中未示出)内，固件芯片与处理器连接，处理器可以运行处理器固件。固件芯片例如可以是闪存Flash芯片等非易失性存储芯片。计算设备中的处理器主要用于满足用户的业务需求，也可以理解为通用中央处理器(central processing unit，CPU)，管理控制器主要用于实现对计算设备的监控与维护。其中，处理器在运行过程中可能产生较高的热量，而当热量较高时会对计算设备造成一定的损耗，以及存在宕机风险。而计算设备中的风扇主要用于控制计算设备的温度，避免上述情况的发生。
处理器固件也可以称为处理器固件程序。具体地，处理器固件包括Firmware、基本输入输出系统(basic input output system，BIOS)、管理引擎(management engine，ME)、微码或智能管理单元(intelligent management unit，IMU)等固件。其中，BIOS是计算设备启动后最先运行的软件，用于在计算设备启动时设置硬件，为OS管理单元的运行做准备。
需要说明的是，本申请实施例对处理器固件的具体形式并不限定，以上仅为示例性说明。
带外管理模块可以为非业务模块的管理单元。例如，带外管理模块可以通过专用的数据通道对计算设备进行远程维护和管理，该带外管理模块是完全独立于计算设备的操作系统之外，可以通过管理控制器的带外管理接口与处理器固件和OS管理单元(或OS管理单元)进行通信。示例性的，带外管理模块可以包括计算设备运行状态的管理单元、处理器外的管理芯片中的管理系统、BMC、系统管理模块(system management mode，SMM)等。其中，BMC可以在计算设备未启动的情况下，对处理器中的软件进行检查或升级。
在本申请所提供的实例中，由BMC对计算设备的处理器的温度进行监控，并在温度超出预设温度的情况下，调节风扇转速，使得计算设备整体温度下降，避免由于温度过高引起系统宕机。
需要说明的是，本申请实施例对带外管理模块的具体形式并不限定，以上仅为示例性说明。在下述实施例中，仅以带外管理模块为BMC为例进行说明。
需要说明的是，不同计算设备中对BMC有不同的称呼，例如一些公司称为BMC，一些公司称为完全自动化集成(integrated lights-out，iLO)，另一公司称为集成戴尔远程访问控制器(integrated Dell remote access controller，iDRAC)。不论是叫BMC，还是叫iLO或iDRAC，都可以理解为是本发明实施例中的BMC。
需要说明的是，上述带外管理模块与处理器固件中所包含的部分管理单元或模块与固件仅作为示例。事实上，部分管理单元也可以作为处理器固件程序在计算设备中运行，例如SMM也可以为用户提供业务服务，执行BIOS的相关功能。类似地，部分处理器固件也可以作为非业务模块的管理单元，例如ME、IMU等，执行BMC的相关功能。
存储器可以是只读存储器(read-only memory，ROM)或可存储静态信息和指令的其他类型的静态存储设备，随机存取存储器(random access memory，RAM)或者可存储信息和指令的其他类型的动态存储设备，也可以是电可擦可编程只读存储器(electricallyerasable programmable read-only memory，EEPROM)、磁盘存储介质或者其他磁存储设备、或者能够用于携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的任何其他介质，但不限于此。
一种可能的实现方式中，存储器可以独立于处理器存在。存储器可以通过总线与处理器相连接，用于存储数据、指令或者程序代码。处理器调用并执行存储器中存储的指令或程序代码时，能够实现本申请实施例提供的风扇控制方法。
另一种可能的实现方式中，存储器也可以和处理器集成在一起。
在图1所示的计算设备中，风扇可以包括一个或多个，具体地，在大型集成设备中，可以部署多个风扇，用于针对不同位置进行散热。其中，各个风扇可以由处理器或带外控制器控制风扇的运行。
需要说明的是，本申请实施例描述的系统架构以及应用场景是为了更加清楚的说明本申请实施例的技术方案，并不构成对于本申请实施例提供的技术方案的限定，本领域普通技术人员可知，随着系统架构的演变和新业务场景的出现，本申请实施例提供的技术方案对于类似的技术问题，同样适用。
需要指出的是，图1中示出的结构并不构成对计算设备的限定，除图1所示部件之外，计算设备可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。其中，本申请所提供的技术方法用于管理控制器跟随处理器的温度变化，调整风扇转速，该风扇也可以为其他设备中的风扇，对此不作限制。
本申请实施例对计算设备的具体形式不作任何限制。例如，计算设备具体可以是终端装置，也可以是网络设备。其中，终端装置可以被称为：终端、用户设备(userequipment，UE)、终端设备、接入终端、用户单元、用户站、移动站、远方站、远程终端、移动设备、用户终端、无线通信设备、用户代理或用户装置等。终端装置具体可以是手机、增强现实(augmented reality，AR)设备、虚拟现实(virtual reality，VR)设备、平板电脑、笔记本电脑、超级移动个人计算机(ultra-mobile personal computer，UMPC)、上网本、个人数字助理(personal digital assistant，PDA)等。网络设备具体可以是服务器等。其中，服务器可以是机架式服务器、刀片式服务器或塔式服务器，对此不作限制。
为了使得本申请实施例更加的清楚，以下对与本申请实施例相关的概念和部分内容作简单介绍。
1、风扇转速
风扇转速是指风扇扇叶每分钟旋转的次数。通常情况下，风扇转速越高，风扇所提供的风量越大，对计算设备的降温效果越好。采用直流电的风扇的转速随工作电压的变化而同步变化。例如，风扇的电压越大，转速越高。
2、脉冲宽度调制
脉冲宽度调制(pulse width modulation，PWM)是一种模拟控制方法，通过数字信号实现对模拟电路的控制。其中，脉冲信号是指由高电平到低电平再回到高电平的信号。如图2所示，一个脉冲信号的时间为脉冲周期，脉冲信号中高电平所占用的时间为脉宽时间，即脉冲宽度。其中，脉宽时间与脉冲周期的比例为占空比。PWM调整脉冲宽度，也可以理解为调整脉冲信号的占空比，从而实现灵活调整输出电压。由于风扇转速随工作电压的变化而同步变化，即随高电平的时长增长，逐渐增速；而由高电平转为低电平时，由于电感防止电流突变，会保持原有的速度。通过上述方式，基于PWM输出的平均电压，得到稳定的风扇转速。通常来讲，脉冲宽度越大，即占空比越大，输出的平均电压越大，风扇转速越高。反之脉冲宽度越小，则占空比越小，输出的平均电压越小，风扇转速越低。
3、PID算法
PID算法是一种常用的控制算法，基于误差反馈消除误差。在控制风扇转速的场景中，通过输入温度的偏差值，按照比例、积分以及微分的函数关系进行运算，输出PWM调整值。如图3所示，为一种基于PID算法实现风扇控制的场景示意图。其中，温度传感器通常部署于处理器上，用于检测处理器的实际温度，并向BMC反馈；BMC根据实际温度确定与目标温度之间的偏差，基于PID算法调整用于控制风扇转速的脉冲信号的占空比，使得风扇的转速相应得到调整。
然而，该PID算法在实现过程中，基于实际温度和目标温度已经发生偏差的情况下调整风扇转速，由于实际温度不断发生变化，因此，存在降温不及时的风险；另外，还可能存在超调的情况，造成不必要的资源浪费，影响计算设备的运行。
对此，本申请提供了一种风扇控制方法，有助于提升风扇控制的时效性，避免出现超调的情况，耗费计算资源。如图4所示，该方法应用于计算设备的管理控制器，包括以下步骤S401-S404。
S401、获取计算设备的实际温度和目标温度之间的偏差，以及计算设备的负载。
其中，计算设备的目标温度用于表示计算设备的温度限制，当计算设备的实际温度超出该目标温度时，影响计算设备的运行效率。
结合上述图1所示的计算设备的硬件结构，其中包括处理器、存储器以及管理控制器等部件，上述计算设备的温度信息，即计算设备的实际温度和目标温度，可以为上述任意一个部件的温度信息。或者，上述计算设备的温度信息也可以为计算设备整体的温度信息，示例性的，该整体的温度信息可以根据各个部件计算得到的平均温度表示，对此不作限制。其中，当图1所示的计算设备中包括多个风扇时，该计算设备的温度信息可以为风扇所调整的一个或多个部件的温度信息。可以理解的是，图4所示的实施例可以针对计算设备中独立的部件执行，调整该部件相应的风扇；或者，也可以针对计算设备中多个部件或整体执行，调整多个部件或整体相应的一个或多个风扇，对此不作限制。
在一种可能的实现方式中，实际温度和目标温度的偏差表示实际温度和目标温度的差值。
可选的，目标温度通常预设于计算设备中，管理控制器可以通过获取实际温度，计算实际温度和目标温度的差值得到上述偏差。
在服务器中，计算设备的实际温度通常由BMC获取。其中，计算设备中可以包括一个或多个温度传感器。BMC通过温度传感器获取其采集的实际温度。或者，CPU可以通过平台环境式控制接口(platform environment control interface，PECI)读取各个部件的温度，BMC再从CPU获取该各个部件的温度。BMC可以通过平台环境式控制接口(platformenvironment control interface，PECI)读取的温度传感器检测的温度。或者，BMC基于智能平台管理接口(intelligent platform management interface，IPMI)协议，与CPU中运行的处理器固件程序(如ME)进行通信，由ME通过PECI接口从CPU获取温度后反馈至BMC。
需要说明的是，预设于计算设备中的目标温度也可以进行调节，对此不作限制。
在另一种可能的实现方式中，目标温度可以是一个函数，可以是一条曲线，目标温度经低通滤波后得到滤波后的目标温度和目标温度变化率，实际温度和目标温度的偏差包括实际温度与滤波后的目标温度之间的差值，以及实际温度变化率和目标温度变化率之间的差值。
其中，上述可能的实现方式，在自抗扰控制(active disturbance rejectioncontrol，ADRC)技术中，通过跟踪微分器获取滤波后的目标温度和目标温度变化率。具体地，跟踪微分器用于提供目标温度的过渡信号以及过渡信号的微分信号。过渡信号为滤波后的目标温度，表示缓慢向目标温度靠近但不阶跃，可以理解为趋近于目标温度的一条曲线。过渡信号的微分信号为上述目标温度变化率。跟踪微分器是对PID算法中微分(D)的优化，
在ADRC中，实际温度变化率由扩张状态观测器基于实际温度与历史温度得到，其中，若实际温度为在第一时刻获取的温度，那么历史温度为在第一时刻的前一时刻获取的实际温度，或在在第一时刻的之前的预设时间段内所获取的多个实际温度。实际温度变化率基于第一时刻的前一时刻获取的实际温度与第一时刻获取的实际温度计算得到，或根据第一时刻获取的实际温度与上述预设时间段内所获取的多个实际温度计算得到。
通过上述方式，根据滤波后的目标温度得到与实际温度的偏差，在后续基于偏差调整风扇时，其散热结果由实际温度逐渐趋向于目标温度，从而有助于避免出现超调的情况，造成不必要的功耗。其中，超调的情况是指超出调整范围，使得调整结果远离目标结果。
需要说明的是，上述实际温度也可以通过滤波的方式，得到滤波后的实际温度，从而有助于进一步避免出现超调。
其中，负载用于指示计算设备中计算资源的使用情况。
示例性的，负载包括计算设备的CPU占用率、内存占用率和输入输出吞吐量(input/output throughput，I/O吞吐量)中的一种或多种。
S402、根据偏差，确定初始调整值。
其中，该初始调整值用于表示预测计算设备的风扇转速的调整值。
在ADRC技术中，将跟踪微分器得到的偏差输入状态误差非线性反馈控制律中，输出初始调整值。例如，该初始调整值为脉冲信号的占空比调整值。其中，状态误差非线性反馈控制律用于根据偏差进行运算推导出初始PWM值，是对PID算法的比例(P)的优化。
S403、根据负载和初始调整值，确定观测扰动值。
其中，观测扰动值用于指示影响初始调整值消除偏差的干扰。
计算设备在通过风扇进行降温时，可能会受到设备内外的干扰，例如环境的温度影响，或者设备内部处理器的工作状态等。在存在干扰的情况下，基于初始调整值调整风扇转速后，无法完全消除偏差，例如，调整后的实际温度仍然高于目标温度；或者出现超调的情况，例如，调整后的实际温度低于目标温度，造成不必要的资源浪费。也就是说，设备内外的干扰将影响计算设备的温度变化，从而对整体运行状态造成影响。
对此，本申请提出基于计算设备的负载和初始调整值，确定观测扰动值，该观测扰动值用于补偿上述干扰造成的影响。其中，在ADRC中，由扩张状态观测器对当前系统的扰动进行观测，是对替代PID算法的积分(I)的优化。具体包括以下几种方式。
方式一、负载包括实际负载和理想负载，通过实际负载和理想负载确定负载偏差，基于负载偏差和初始调整值，确定观测扰动值。
其中，实际负载用于指示计算设备中计算资源在第一时刻的实际使用情况。理想负载用于指示计算设备计算资源的理想使用情况。示例性的，以负载为CPU占用率为例，理想CPU占用率可以设定为50％，则表示当计算设备的CPU占用率处于50％时，其处理效率最优。在实际应用中，该理想CPU占用率可以基于不同场景灵活调整，对此不进行限制。
在一种可能的实现方式中，理想负载预设于管理控制器内。实际负载与上述温度信息类似，管理控制器可以通过PECI接口读取，具体地，BMC向CPU发送读取该实际负载的请求消息，CPU通过PECI反馈相应的实际负载。或者，BMC基于IPMI协议，与CPU中运行的处理器固件程序(如ME)进行通信，由ME通过PECI接口从CPU获取实际负载后反馈至BMC。
在另一种可能的实现方式中，理想负载预设于CPU中，管理控制器通过上述获取实际负载的方式获取理想负载。
其中，实际负载和理想负载的负载偏差是指实际负载和理想负载的差值，例如实际CPU占用率和理想CPU占用率的差值。
可选的，管理控制器通过获取理想负载和实际负载，计算得到负载偏差。或者，由CPU基于实际负载和理想负载确定负载偏差，再反馈至管理控制器中。
其中，基于负载偏差和初始调整值，确定观测扰动值，具体包括：基于负载偏差和初始调整值的加权和确定观测扰动值。
示例性的，以CPU占用率为例，假设实际CPU占用率为C1，理想CPU占用率为C2，初始调整值为PWM 0，观测扰动值为Do，则Do可通过以下公式1表示：
Do＝n1×(C2-C1)+l1×PWM0×b0 (公式1)
其中，C2-C1表示CPU占用率的负载偏差，n1、l1和b0均为参数，PWM 0和b0的乘积表示初始调整值所引起的温度变化。通过上述关系式计算得到观测扰动值。
可以理解的是，当负载包括多种时，与上述示例中CPU占用率的计算方式类似，例如，当负载还包括I/O吞吐量和内存占用率时，则Do可通过以下公式2表示：
Do＝n1×(C2-C1)+n2×(I2-I1)+n3×(D2-D1)+l1×PWM0×b0 (公式2)
其中，n1、n2、n3、l1和b0均为参数，I2-I1表示I/O吞吐量的负载偏差，D2-D1表示内存占用率的负载偏差。
通过上述方式一，有助于管理控制器基于实际负载和理想负载确定负载偏差，并基于负载偏差确定干扰。
方式二、负载包括实际负载和历史负载，根据实际负载和历史负载确定负载变化率，基于负载变化率和初始调整值，确定观测扰动值。
其中，历史负载用于指示计算设备中计算资源在第一时刻的前一时刻的实际使用情况。
其中，基于实际负载和历史负载，确定负载变化率，具体包括：基于实际负载和历史负载的差值，确定负载变化率。
示例性的，以CPU占用率为例，假设实际CPU占用率为Cf(x)，历史CPU占用率为Cf(x-1)，负载变化率为Cc(x)，则Cc(x)可通过以下公式3表示：
Cc(x)＝(Cf(x)-Cf(x-1))/k1 (公式3)
其中，k1为可调整的参数。通过上述关系式计算得到CPU占用率的变化率。
类似地，负载变化率还可以包括I/O吞吐量的变化率Ic(x)和内存占用率的变化率Dc(x)，可通过以下公式4、公式5表示：
Ic(x)＝(If(x)-If(x-1))/k2 (公式4)
Dc(x)＝(Df(x)-Df(x-1))/k3 (公式5)
其中，k2和k3为可调整的参数。通过上述关系式计算得到I/O吞吐量的变化率Ic(x)和内存占用率的变化率Dc(x)。
其中，基于负载变化率和初始调整值，确定观测扰动值，具体包括：基于负载变化率和初始调整值的加权和确定观测扰动值。
结合上述示例，以CPU占用率的变化率Cc(x)为例，则观测扰动值Do可通过以下公式6计算得到：
Do＝m1×Cc(x)+l1×PWM0×b0 (公式6)
其中，m1和l1为可调整的参数。通过上述关系式计算得到观测扰动值。
可以理解的是，当负载变化率包括多种时，与上述示例中CPU占用率的变化率的计算方式类似，例如，当负载变化率还包括I/O吞吐量的变化率Ic(x)和内存占用率的变化率Dc(x)时，则Do可通过以下公式7表示：
Do＝m1×Cc(x)+m2×Ic(x)+m3×Dc(x)+l1×PWM0×b0 (公式7)
其中，m1、m2、m3、l1和b0为可调整的参数。
通过上述方式二，基于计算设备的负载变化率，确定观测扰动值，有助于通过负载变化率预测温度变化趋势，例如，负载变化率下降，则处理器的功耗相应下降，温度可能不再上升，基于该信息，计算设备可以将风扇转速适应性降低，以节省风扇的耗能。
可以理解的是，上述方式一和方式二在实际应用中可以结合使用。具体地，基于负载变化率和负载偏差确定观测扰动值。示例性的，以CPU占用率的变化率和负载偏差为例，通过以下公式8计算得到观测扰动值：
Do＝n1×(C2-C1)+m1×Cc(x)+l1×PWM0×b0 (公式8)
可以理解的是，通过负载变化率和负载偏差有助于提升确定设备内外对计算设备造成干扰的准确性，从而在调整风扇转速前，规避干扰带来的影响，提升整体运行效率。
需要说明的是，上述负载变化率和负载偏差可以包含多种信息，例如I/O吞吐量和内存占用率，以精确设备内外的干扰。相应的，观测扰动值的计算公式更新为如下公式9：
Do＝n1×(C2-C1)+n2×(I2-I1)+n3×(D2-D1)+m1×Cc(x)+m2×Ic(x)+m3×Dc(x)+l1×PWM0×b0
(公式9)
需要说明的是，上述公式中，计算设备的负载不限制于CPU占用率、内存占用率以及I/O吞吐量，还可以包括其他信息，以提升观测扰动值的准确性。
S404、将观测扰动值补偿至初始调整值，得到目标调整值。
其中，该目标调整值用于调整风扇转速。
可以理解的是，通过将观测扰动值补偿至初始调整值后，使得针对风扇转速的目标调整值规避设备内外的干扰，提升风扇转速调整的准确性。
具体地，目标调整值PWM1的计算公式为如下公式10：
PWM1＝PWM0-Do/b0 (公式10)
可以理解的是，由于观测扰动值基于上述公式9得到，表示干扰所影响的温度变化，因此，将观测扰动值与b0的商补偿至初始调整值，得到目标调整值。
可选的，在上述方式一和方式二执行前，方法还包括：管理控制器将实际负载进行低通滤波，得到滤波后的负载。进一步地，基于滤波后的负载计算负载变化率和/或负载偏差。
可以理解的是，将实际负载进行低通滤波，有助于避免实际负载发生跳变，从而影响系统的稳定性。
示例性的，以CPU占用率为例，实际CPU占用率为Cf(x)，按照以下公式11得到滤波后的CPU Ct(x)占用率：
Ct(x)＝Cf(x)/p1+Ct(x-1) (公式11)
其中，p1为可调节的参数，Ct(x-1)表示第一时刻的前一时刻获取的实际CPU占用率的滤波结果。
上述步骤S401-S404通过计算设备的负载，调整风扇转速。具体地，主要基于ADRC技术实现，如图5所示，为一种结合ADRC技术的风扇控制方法的场景示意图。其中，BMC基于ADRC技术实现风扇转速的调节，具体包括跟踪微分器、状态误差非线性反馈控制律以及扩张状态观测器。
如图5所示，跟踪微分器将目标温度进行低通滤波，得到滤波后的目标温度和滤波后的目标温度变化率。扩张状态观测器基于CPU反馈的实际温度得到的实际温度变化率和实际温度。根据滤波后的目标温度和实际温度得到温度差，根据滤波后的目标温度变化率和实际温度变化率得到变化率的偏差，将温度差和变化率的偏差作为偏差输入状态误差非线性反馈控制，得到PWM0。扩张状态探测器获取PWM0和b0的乘积，以及CPU反馈的负载，得到观测扰动值，再除以b0后补偿至PWM0，得到并输出PWM1。风扇根据PWM1调整转速，进而调整CPU的温度。使得CPU反馈的实际温度发生变化，如此循环，使温度偏差、温度变化率偏差趋于0，从而实现通过控制风扇转速调整计算设备的温度。
可选的，上述确定观测扰动值包括多种方式，如图6所示，提供了扩张状态观测器基于负载、PWM0与b0的乘积确定观测扰动值的具体实现方式。实际负载经低通滤波后输入到变化率计算器，得到负载变化率；再基于负载变化率、滤波后的负载以及理想负载，结合PWM0与b0的乘积加权得到观测扰动值。
可以理解的是，在实际应用中，图6中针对负载可以执行更多或更少的处理过程，对此不作限制。
在一种可能的实现方式中，图6所示的低通滤波器对应的处理过程，可以应用于BMC中，或者也可以应用于如图7所示的CPU中。也就是说，在图7中，CPU反馈至扩张状态观测器的负载是经低通滤波器处理后的负载。
由于当前基于PID算法控制风扇的方式响应效率相对滞后，需要等到实际温度与目标温度发生偏差时，才去补偿修正偏差，影响计算设备的散热效果。通过上述方式，通过获取计算设备的负载，预测计算设备温度变化，例如，当负载增大，预测温度将升高，则根据预测温度变化情况，相应提升风扇转速，从而使得实际温度在未发生明显变化时，通过风扇转速的调整，实现及时散热；由于负载对计算设备的温度影响较大，基于负载所预测的温度变化准确性较高，从而控制风扇对实际温度造成的变化较小，由此可以避免发生超调的情况，减少资源浪费。
上述主要从方法的角度对本申请实施例的方案进行了介绍。可以理解的是，通信设备为了实现上述功能，其包含了执行各个功能相应的硬件结构和软件模块中的至少一个。本领域技术人员应该很容易意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，本申请能够以硬件或硬件和计算机软件的结合形式来实现。某个功能究竟以硬件还是计算机软件驱动硬件的方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
本申请实施例可以根据上述方法示例对管理控制器进行功能单元的划分，例如，可以对应各个功能划分各个功能单元，也可以将两个或两个以上的功能集成在一个处理单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。需要说明的是，本申请实施例中对单元的划分是示意性的，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式。
在采用对应各个功能划分各个功能模块的情况下，图8示出上述实施例中所涉及的管理控制器的一种可能的结构示意图。如图8所示，管理控制器80包括获取单元801和确定单元802。其中，获取单元801，用于获取计算设备的实际温度和目标温度之间的偏差，以及计算设备的负载，负载用于指示计算设备中计算资源的使用情况。确定单元802，用于根据偏差，确定初始调整值，初始调整值用于指示预测消除偏差的计算设备的风扇转速的调整值。确定单元802，还用于根据负载和初始调整值，确定观测扰动值；其中，观测扰动值用于指示影响初始调整值消除偏差的干扰。确定单元802，还用于将观测扰动值补偿至初始调整值，得到目标调整值，目标调整值用于调整风扇转速。
在一种示例中，负载包括实际负载和理想负载，实际负载用于指示计算设备中计算资源在第一时刻的实际使用情况，理想负载用于指示计算设备中计算资源的理想使用情况，确定单元802，具体用于根据实际负载和理想负载，确定负载偏差；其中，负载偏差用于指示实际负载和所述理想负载之间的差值；根据负载偏差和初始调整值，确定观测扰动值。
在一种示例中，负载包括实际负载和历史负载，实际负载用于指示计算设备中计算资源在第一时刻的实际使用情况，历史负载用于指示计算设备中计算资源在第一时刻的前一时刻获取的实际使用情况，确定单元802，具体用于根据实际负载和历史负载，确定负载变化率；其中，负载变化率用于指示实际负载的变化情况；根据负载变化率和初始调整值，确定观测扰动值。
在一种示例中，实际负载为经过低通滤波后的负载。
在一种示例中，偏差包括经低通滤波得到的滤波后的目标温度与实际温度的差值，以及经低通滤波得到的目标温度变化率和实际温度变化率的差值；其中，目标温度变化率为滤波后的目标温度的变化情况，实际温度变化率为实际温度与前一时刻的实际温度的变化情况。
在一种示例中，负载包括计算设备的中央处理器CPU占用率、计算设备的内存占用率和计算设备的输入输出I/O吞吐量中的一种或多种。
在一种示例中，获取单元801，具体用于获取计算设备的实际温度和目标温度；将实际温度和目标温度进行低通滤波，得到滤波后的实际温度和实际温度变化率，以及滤波后的目标温度和目标温度变化率；获取滤波后的实际温度与滤波后的目标温度之间的差值，以及实际温度变化率和目标温度变化率的差值。
在一种示例中，管理控制器80中还包括存储单元803。存储单元803用于存储计算机执行指令，管理控制器中的其他单元可以根据存储单元803中存储的计算机执行指令执行相应的动作。
关于上述可选方式的具体描述可以参见前述的方法实施例，此处不再赘述。此外，上述提供的任一种管理控制器80的解释以及有益效果的描述均可参考上述对应的方法实施例，不再赘述。
本申请实施例还提供了一种控制设备，参考上述图1所示的硬件结构示意图，该控制设备包括：处理器和管理控制器，处理器和管理控制器电连接；管理控制器用于执行以下步骤：获取处理器的实际温度和目标温度之间的偏差，以及处理器的负载，负载用于指示处理器中计算资源的使用情况；根据偏差，确定初始调整值，初始调整值用于指示预测消除偏差的处理器的风扇转速的调整值；根据负载和初始调整值，确定观测扰动值；其中，观测扰动值用于指示影响初始调整值消除偏差的干扰；将观测扰动值补偿至初始调整值，得到目标调整值，目标调整值用于调整风扇转速。
该控制设备还包括存储器。其中，存储器中可以包含计算机程序代码。处理器用于执行存储器中存储的计算机程序代码，从而实现本申请实施例提供的方法。
在实现过程中，本实施例提供的方法中的各步骤可以通过通信设备的处理器中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。结合本申请实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件处理器执行完成，或者用处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。
本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，当该计算机程序在计算机上运行时，使得该计算机执行上文提供的任一种管理控制器所执行的方法。
关于上述提供的任一种计算机可读存储介质中相关内容的解释及有益效果的描述，均可以参考上述对应的实施例，此处不再赘述。
本申请实施例还提供了一种芯片。该芯片中集成了用于实现上述管理控制器80的功能的控制电路和一个或者多个端口。可选的，该芯片支持的功能可以参考上文，此处不再赘述。本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可通过程序来指令相关的硬件完成。所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中。上述提到的存储介质可以是只读存储器，随机接入存储器等。上述处理单元或处理器可以是中央处理器，通用处理器、特定集成电路(application specific integrated circuit，ASIC)、微处理器(digital signal processor，DSP)，现场可编程门阵列(field programmable gatearray，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、晶体管逻辑器件、硬件部件或者其任意组合。
本申请实施例还提供了一种包含指令的计算机程序产品，当该指令在计算机上运行时，使得计算机执行上述实施例中的任意一种方法。该计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本申请实施例的流程或功能。计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或者数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(digital subscriber line，DSL))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可以用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。可用介质可以是磁性介质(例如，软盘、硬盘、磁带)，光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如SSD)等。
应注意，本申请实施例提供的上述用于存储计算机指令或者计算机程序的器件，例如但不限于，上述存储器、计算机可读存储介质和通信芯片等，均具有非易失性(non-transitory)。
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件程序实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式来实现。该计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本申请实施例的流程或功能。计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或者数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(digitalsubscriber line，DSL))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可以用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。可用介质可以是磁性介质(例如，软盘、硬盘、磁带)，光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘(solid state disk，SSD))等。
尽管在此结合各实施例对本申请进行了描述，然而，在实施所要求保护的本申请过程中，本领域技术人员通过查看附图、公开内容、以及所附权利要求书，可理解并实现公开实施例的其他变化。在权利要求中，“包括”(comprising)一词不排除其他组成部分或步骤，“一”或“一个”不排除多个的情况。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中列举的若干项功能。相互不同的从属权利要求中记载了某些措施，但这并不表示这些措施不能组合起来产生良好的效果。
尽管结合具体特征及其实施例对本申请进行了描述，显而易见的，在不脱离本申请的精神和范围的情况下，可对其进行各种修改和组合。相应地，本说明书和附图仅仅是所附权利要求所界定的本申请的示例性说明，且视为已覆盖本申请范围内的任意和所有修改、变化、组合或等同物。显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (9)
1.一种风扇控制方法，其特征在于，包括：
获取计算设备的实际温度和目标温度之间的偏差，以及所述计算设备的负载，所述负载用于指示所述计算设备中计算资源的使用情况；
根据所述偏差，确定初始调整值，所述初始调整值用于指示预测消除所述偏差的所述计算设备的风扇转速的调整值；
根据所述负载和所述初始调整值，确定观测扰动值；其中，所述观测扰动值用于指示影响所述初始调整值消除所述偏差的干扰；
将所述观测扰动值补偿至所述初始调整值，得到目标调整值，所述目标调整值用于调整所述风扇转速。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述负载包括实际负载和理想负载，所述实际负载用于指示所述计算设备中计算资源在第一时刻的实际使用情况，所述理想负载用于指示所述计算设备中计算资源的理想使用情况，所述根据所述负载和所述初始调整值，确定观测扰动值，包括：
根据所述实际负载和所述理想负载，确定负载偏差；其中，所述负载偏差用于指示所述实际负载和所述理想负载之间的差值；
根据所述负载偏差和所述初始调整值，确定观测扰动值。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述负载包括实际负载和历史负载，所述实际负载用于指示所述计算设备中计算资源在第一时刻的实际使用情况，所述历史负载用于指示所述计算设备中计算资源在所述第一时刻的前一时刻获取的实际使用情况，所述根据所述负载和所述初始调整值，确定观测扰动值，包括：
根据所述实际负载和所述历史负载，确定负载变化率；其中，所述负载变化率用于指示所述实际负载的变化情况；
根据所述负载变化率和所述初始调整值，确定观测扰动值。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述实际负载为经过低通滤波后的负载。
5.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述偏差包括经低通滤波得到的滤波后的目标温度与所述实际温度的差值，以及经低通滤波得到的目标温度变化率和实际温度变化率的差值；其中，所述目标温度变化率为所述滤波后的目标温度的变化情况，所述实际温度变化率为所述实际温度与前一时刻的实际温度的变化情况。
6.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，所述负载包括所述计算设备的中央处理器CPU占用率、所述计算设备的内存占用率和所述计算设备的输入输出I/O吞吐量中的一种或多种。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述获取计算设备的实际温度和目标温度之间的偏差，包括：
获取所述计算设备的实际温度和目标温度；
将所述实际温度和所述目标温度进行低通滤波，得到滤波后的实际温度和实际温度变化率，以及滤波后的目标温度和目标温度变化率；
获取所述滤波后的实际温度与所述滤波后的目标温度之间的差值，以及所述实际温度变化率和所述目标温度变化率的差值。
8.一种控制设备，其特征在于，包括处理器和管理控制器，所述管理控制器用于执行以下步骤：
获取所述处理器的实际温度和目标温度之间的偏差，以及所述处理器的负载，所述负载用于指示所述处理器中计算资源的使用情况；
根据所述偏差，确定初始调整值，所述初始调整值用于指示预测消除所述偏差的所述处理器的风扇转速的调整值；
根据所述负载和所述初始调整值，确定观测扰动值；其中，所述观测扰动值用于指示影响所述初始调整值消除所述偏差的干扰；
将所述观测扰动值补偿至所述初始调整值，得到目标调整值，所述目标调整值用于调整所述风扇转速。
9.一种计算设备，其特征在于，计算设备包括存储器和处理器；所述存储器用于存储程序代码；所述处理器用于调用所述程序代码，以执行如权利要求1-7任一项所述的方法。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN117076136A (zh) * | 2023-10-16 | 2023-11-17 | 国能(北京)商务网络有限公司 | 基于负载跟踪的容器弹性伸缩方法、系统、设备及介质 |
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2023
- 2023-04-19 CN CN202310429335.4A patent/CN116557322A/zh active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN117076136A (zh) * | 2023-10-16 | 2023-11-17 | 国能(北京)商务网络有限公司 | 基于负载跟踪的容器弹性伸缩方法、系统、设备及介质 |
| CN117076136B (zh) * | 2023-10-16 | 2024-02-06 | 国能(北京)商务网络有限公司 | 基于负载跟踪的容器弹性伸缩方法、系统、设备及介质 |
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