CN116820897A - 一种集群计算机运行调度控制方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种集群计算机运行调度控制方法，涉及计算机调度控制技术领域，将机柜PDU和计算机分别与控制器电连接，将计算机电源主板的PWLED‑端接地，PWLED+端与控制器电连接，确定需要调度的控制组并确定控制组中每台计算机的运行状态；根据计算机的工作状态确定需要关机操作的计算机，通过控制器控制计算机关机，控制计算机关机方式根据计算机不同的工作状态动态调整；如果一个控制组中的计算机均关机完毕，则通过继电器切断机柜PDU的电源。通过控制器实时对集群计算机中的计算机状态进行获取，实现对空闲状态的计算机关机操作，按需计算合理利用计算资源，然后通过对机柜PDU的控制，物理切断节点计算机电源，极大降低电能损耗。

Description

一种集群计算机运行调度控制方法
技术领域
本申请涉及计算机调度控制技术领域，具体涉及一种集群计算机运行调度控制方法。
背景技术
计算机集群简称集群，是一种计算机系统，它通过一组松散集成的计算机软件或硬件连接起来高度紧密地协作完成计算工作。在某种意义上，他们可以被看作是一台计算机。集群系统中的单个计算机通常称为节点，通常通过局域网连接，但也有其它的可能连接方式。集群计算机通常用来改进单个计算机的计算速度和/或可靠性。一般情况下集群计算机比单个计算机，比如工作站或超级计算机性能价格比要高得多。
由于计算机集群中包含有大量的计算机设备，然而目前的计算机类用电设备在关机状态下，其开关电源并未与市电电源彻底断开，仍会用待机功耗产生，随着电源功率的升高，其待机功率也是不断地加大，单节点功率在15W左右，对于数百台的计算机集群其功耗可达数千瓦，年待机能耗可达数万度电。
因此，如何实现对计算机集群中的计算机设备有效调度，实现节能减排是本领域亟待解决的技术问题。
发明内容
本申请为了解决上述技术问题，提出了如下技术方案：
第一方面，本申请实施例提供了一种集群计算机运行调度控制方法，将集群计算机进行划分控制组，每个控制组对应设置机柜PDU，将集群计算机进行划分控制组，每个控制组对应设置机柜PDU，所述机柜PDU和集群计算机中的计算机均通过继电器与所述控制器电连接，将每台计算机电源主板的PWLED-端口接地，PWLED+端口与所述控制器的控制端口电连接，所述方法包括：
确定需要调度的控制组并确定所述控制组中每台计算机的运行状态；
根据所述计算机的工作状态确定需要关机操作的计算机，通过所述控制器控制计算机关机，控制计算机关机方式根据所述计算机不同的工作状态动态调整；
如果一个控制组中的计算机均关机完毕，则通过所述继电器切断所述机柜PDU的电源。
在一种可能的实现方式中，所述确定需要调度的控制组并确定所述控制组中每台计算机的运行状态，包括：
分别确定每个控制组的网络传输速率；
根据所述网络传输速率确定需要调度断电的第一控制组，所述第一控制组为所述集群计算机中的任一处于空闲状态的控制组；
然后确定所述第一控制组中的每台计算机的CPU和GPU使用率；
根据确定出的CPU和GPU使用率确定出每台计算机的运行状态。
在一种可能的实现方式中，所述根据所述网络传输速率确定需要调度断电的第一控制组，包括：
将所述控制组的网络传输速率与预设的第一传输速率和第二传输速率进行比较，其中所述第一传输速率为作业开始时的网络传输速率，所述第二传输速率为作业结束时的网络传输速率，所述第二传输速率小于所述第一传输速率；
如果所述控制组的网络传输速率大于或等于所述第一传输速率，则所述控制组开始数据处理作业任务；
或者，如果所述控制组的网络传输速率大于所述第二传输速率且小于所述第一传输速率，则所述控制组数据处理作业任务进行中；
或者，如果所述控制组的网络传输速率小于或等于所述第二传输速率，则所述控制组数据处理作业任务结束，将当前控制组确定为所述第一控制组。
在一种可能的实现方式中，根据所述计算机的工作状态确定需要关机操作的计算机，包括：
确定出所述第一控制组后，控制器通过与集群计算机电连接的寻址GPIO端口进行控制组寻址；
然后确定所述第一控制组中计算机CPU和GPU使用率低于预设值的计算机作为需要关机操作的计算机。
在一种可能的实现方式中，所述控制计算机关机方式根据所述计算机不同的工作状态动态调整，包括：
控制器向第一控制组中需要关机操作的计算机发送关机指令后，第一时窗后检查关机操作的计算机状态；
统计第一时窗后未关机操作的第一计算机组，第二时窗后继续检查所述第一计算机组的状态；
如果第二时窗后仍存在没有关机的第二计算机组，则所述第二计算机组中的计算机运行程序进入死循环状态，则对所述第二计算机组中的计算机强制关机操作。
在一种可能的实现方式中，对所述第二计算机组中的计算机强制关机操作，包括：通过控制器强制控制所述第二计算机组中的计算机的电源主板中的PWRBTN端口与GND之间的电路短路实现计算机主板的强制断电。
在一种可能的实现方式中，对应一个所述控制组设置多个继电器，一个所述继电器与两台计算机电连接，一个继电器连接所述控制器的一个GPIO端口，通过所述继电器的常开与常闭端口特性，控制器通过一个GPIO端口可以对两台计算机的状态信号进行获取。
在一种可能的实现方式中，控制器通过串口接收操作指令，根据指令内容对集群计算机及机柜PDU进行控制，执行结果通过串口反馈给操作方，并将当前状态信息通过设备自带的OLED显示屏进行输出显示。
在一种可能的实现方式中，所述控制器通过一个GPIO端口控制并维持PDU接触器的输入信号，通过GPIO端口状态来检测当前机柜PDU的开关状态，控制所述机柜PDU的GPIO端口独立控制，不能分组复用。
在一种可能的实现方式中，PDU开关指令执行完毕后，同将已操作的PDU状态存入PDU对象数据中，用于标志PDU状态的改变。
在本申请实施例中，通过控制器实时对集群计算机中的计算机状态进行获取，实现对空闲状态的计算机关机操作，按需计算合理利用计算资源，然后通过对机柜PDU的控制，物理切断节点计算机电源，极大降低电能损耗，实现绿色、低碳计算。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种集群计算机运行调度系统框架示意图；
图2为本申请实施例提供的计算机电源主板的示意图示意图；
图3为本申请实施例提供的一种集群计算机运行调度控制方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本方案进行阐述。
参见图1，本申请实施例中将计算机集群划分为多个控制组，每个控制组对应设置机柜PDU，将集群计算机进行划分控制组，每个控制组对应设置机柜PDU，所述机柜PDU和集群计算机中的计算机均通过继电器与所述控制器电连接。其中，每台计算机电源主板的PWLED-端口接地，PWLED+端口与所述控制器的控制端口电连接。
本实施例中，控制器以STM32单片机为例， STM32系列提供112个GPIO端口，部分接口系统使用，可用接口100个。通过控制继电器来控制计算机的开关动作以及PDU接触器的动作，计算机信号与设备的接口选择通用的双绞线配线架实现，内外部连接。考虑到可共用GND及PWLED-，单RJ端口可接入三组计算机信号，48端口配线架最多可接入144台计算机信号，实际作用43个接口，接入128组计算机信号。
STM32单片机提供GPIOA-GPIOG七组通用IO端口，每组端口有16个端口，最大可提供112个IO端口用于信号的输入输出及各类数据的处理。满足不了系统设计的128节点的端口需求。需要分组、分时进行指令处理。按照32台计算机一组进行开关机操作，共需要32个GPIO端口，分四组再需要2个GPIO端口作为地址选组控制，通过分组继电器供电实现分组动作。计算机状态检测利用了继电器的常开及常闭接口可进一步压缩GPIO端口，共需要使用16个GPIO端口接入待检测计算机开关机状态信号，分组级连的形式选择需要检测的计算机信号，另外分组需要3个GPIO端口。
参见图2为计算机电源主板的示意图，计算机通过两根信号线PWLED+和PWLED-接入系统，通过继电器实现电脑的控制，需要2个端口，一个端口作为开关机接口，输出信号通过继电器实现PWRBTN与GND 短路给计算机发送开关机信号，将PWLED-与单片机共地，PWLED+信号接入GPIO端口用于检测计算机当前开关机状态。
考虑到单片机的GPIO端口数量有限，无法做到一台计算机两个GPIO端口来控制。因此本实施例中使用分组控制。对应一个所述控制组设置多个继电器，一个所述继电器与两台计算机电连接，一个继电器连接所述控制器的一个GPIO端口，通过所述继电器的常开与常闭端口特性，控制器通过一个GPIO端口可以对两台计算机的状态信号进行获取。例如，将128台计算机分为4个组，进行控制，同时考虑到使用继电器的常开与常闭端口特性，单继电器可输入两台计算机的状态信号。
参见图3，本实施例中的集群计算机运行调度控制方法，包括：
S101，确定需要调度的控制组并确定所述控制组中每台计算机的运行状态。
高性能集群计算的特点是：多节点并发计算、数量由服务器分发、成本数据统一汇总到主计算节点中，计算节点主节点对数据传统速度、内存速度、存储（硬盘）速度比较敏感。在计算过程，单任务作业开始时，其网络传输速率可达Gbps级别，作业完成时，其数据上传速度也可达百兆级别。而在中间计算过程中对CPU、GPU使用率非常高，使用率可达90%-100%。
通过监控程序可获取计算机的实时网络传速度，CPU、GPU使用率，根据这些参数可判断集群系统的计算需求是否存在，当有需求时增加计算节点以提高计算效率。当没有计算任务时，节点空闲，可调度管理程序进行空闲节点计算资源的关闭，以节约能源，实现按需计算、智能计算、节能环保绝色计算。
因此，本实施例中分别确定每个控制组的网络传输速率；根据所述网络传输速率确定需要调度断电的第一控制组，所述第一控制组为所述集群计算机中的任一处于空闲状态的控制组；然后确定所述第一控制组中的每台计算机的CPU和GPU使用率；根据确定出的CPU和GPU使用率确定出每台计算机的运行状态。
S102，根据所述计算机的工作状态确定需要关机操作的计算机，通过所述控制器控制计算机关机，控制计算机关机方式根据所述计算机不同的工作状态动态调整。
对于控制组，本实施例中首先通过网络传输速率对不同控制组的工作状态进行确定，将所述控制组的网络传输速率与预设的第一传输速率和第二传输速率进行比较，其中所述第一传输速率为作业开始时的网络传输速率，所述第二传输速率为作业结束时的网络传输速率，所述第二传输速率小于所述第一传输速率。
如果所述控制组的网络传输速率大于或等于所述第一传输速率，则所述控制组开始数据处理作业任务。如果所述控制组的网络传输速率大于所述第二传输速率且小于所述第一传输速率，则所述控制组数据处理作业任务进行中。如果所述控制组的网络传输速率小于或等于所述第二传输速率，则所述控制组数据处理作业任务结束，将当前控制组确定为所述第一控制组。
确定出所述第一控制组后，控制器通过与集群计算机电连接的寻址GPIO端口进行控制组寻址。然后确定所述第一控制组中计算机CPU和GPU使用率低于预设值的计算机作为需要关机操作的计算机。由于计算机技术没有进行数据处理时，其CPU和GPU也存在一定的使用率，因此本实施例中设置一个使用率的预设值，且预设值为计算机开机未进行作业运行时的平均使用率。
紧接着，控制器向第一控制组中需要关机操作的计算机发送关机指令后，第一时窗后检查关机操作的计算机状态。统计第一时窗后未关机操作的第一计算机组，第二时窗后继续检查所述第一计算机组的状态。如果第二时窗后仍存在没有关机的第二计算机组，则所述第二计算机组中的计算机运行程序进入死循环状态，则对所述第二计算机组中的计算机强制关机操作。
例如，计算机通过情况下，其关机时间在10~15秒左右。20秒后可检查计算状态情况，统计未关闭的计算机，在第35秒继续检查计算机关闭状态，仍未关闭的计算机可认作无机状态态计算机，其计算机中的某些程序进入了死循环状态，系统无法响关机操作，需要强制关闭计算机。
本实施例中，计算机状态信号的区域通过将计算机状态信号PWRLED-与控制器的地相连接，将PWRLED+与GPIO端口连接检测电压信号的高低。对于死机的计算机可通过长时间短路开关机信号实现强制关机，这也是其它计算机控制方法不具备的过程功能。
因此，本实施例需要强制关闭计算机时，通过控制器强制控制所述第二计算机组中的计算机的电源主板中的PWRBTN端口与GND之间的电路短路实现计算机主板的强制断电。执行强制关闭计算机操作时，通过控制电路短路计算机PWRBTN端与GND之间电路7秒钟（6秒钟即可实现主板的强制断电，预留1秒增强可行性），这时因死机原因未能关闭的计算机执行强制关机完成。
S103，如果一个控制组中的计算机均关机完毕，则通过所述继电器切断所述机柜PDU的电源。
PDU的状态由GPIO端口的输出状态来确认，需要长期维持该GPIO端口的状态，执行PDU开关时，先行检查操作PDU当前状态，如已经处于开/关状态，则无需执行开关指令，否则继续执行开关PDU操作。另外PDU的状态输出需要根据该PDU所连接的计算机状态作为操作先行数据，当PDU关联计算机未全部关机时，需要先行关闭计算机后再执行PDU关闭命令。
机柜PDU的控制通过对PDU接触器的控制信号通断来实现开关的通断。每个PDU需要一个GPIO端口来控制并维持PDU接触器的输入信号。控制器通过串口接收操作指令，根据指令内容对集群计算机及机柜PDU进行控制，执行结果通过串口反馈给操作方，并将当前状态信息通过设备自带的OLED显示屏进行输出显示。
本实施例中，所述控制器通过一个GPIO端口控制并维持PDU接触器的输入信号，通过GPIO端口状态来检测当前机柜PDU的开关状态，控制所述机柜PDU的GPIO端口独立控制，不能分组复用。PDU开关指令执行完毕后，同将已操作的PDU状态存入PDU对象数据中，用于标志PDU状态的改变。
本申请实施例中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，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的情况。其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项”及其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项或复数项的任意组合。例如，a，b和c中的至少一项可以表示：a, b, c, a-b,a-c, b-c,或a-b-c，其中a, b, c可以是单个，也可以是多个。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种集群计算机运行调度控制方法，其特征在于，将集群计算机进行划分控制组，每个控制组对应设置机柜PDU，所述机柜PDU和集群计算机中的计算机均通过继电器与控制器电连接，将每台计算机电源主板的PWLED-端口接地，PWLED+端口与所述控制器的控制端口电连接，所述方法包括：
确定需要调度的控制组并确定所述控制组中每台计算机的运行状态；
根据所述计算机的工作状态确定需要关机操作的计算机，通过所述控制器控制计算机关机，控制计算机关机方式根据所述计算机不同的工作状态动态调整；
如果一个控制组中的计算机均关机完毕，则通过所述继电器切断所述机柜PDU的电源。
2.根据权利要求1所述的集群计算机运行调度控制方法，其特征在于，所述确定需要调度的控制组并确定所述控制组中每台计算机的运行状态，包括：
分别确定每个控制组的网络传输速率；
根据所述网络传输速率确定需要调度断电的第一控制组，所述第一控制组为所述集群计算机中的任一处于空闲状态的控制组；
然后确定所述第一控制组中的每台计算机的CPU和GPU使用率；
根据确定出的CPU和GPU使用率确定出每台计算机的运行状态。
3.根据权利要求2所述的集群计算机运行调度控制方法，其特征在于，所述根据所述网络传输速率确定需要调度断电的第一控制组，包括：
将所述控制组的网络传输速率与预设的第一传输速率和第二传输速率进行比较，其中所述第一传输速率为作业开始时的网络传输速率，所述第二传输速率为作业结束时的网络传输速率，所述第二传输速率小于所述第一传输速率；
如果所述控制组的网络传输速率大于或等于所述第一传输速率，则所述控制组开始数据处理作业任务；
或者，如果所述控制组的网络传输速率大于所述第二传输速率且小于所述第一传输速率，则所述控制组数据处理作业任务进行中；
或者，如果所述控制组的网络传输速率小于或等于所述第二传输速率，则所述控制组数据处理作业任务结束，将当前控制组确定为所述第一控制组。
4.根据权利要求3所述的集群计算机运行调度控制方法，其特征在于，根据所述计算机的工作状态确定需要关机操作的计算机，包括：
确定出所述第一控制组后，控制器通过与集群计算机电连接的寻址GPIO端口进行控制组寻址；
然后确定所述第一控制组中计算机CPU和GPU使用率低于预设值的计算机作为需要关机操作的计算机。
5.根据权利要求4所述的集群计算机运行调度控制方法，其特征在于，所述控制计算机关机方式根据所述计算机不同的工作状态动态调整，包括：
控制器向第一控制组中需要关机操作的计算机发送关机指令后，第一时窗后检查关机操作的计算机状态；
统计第一时窗后未关机操作的第一计算机组，第二时窗后继续检查所述第一计算机组的状态；
如果第二时窗后仍存在没有关机的第二计算机组，则所述第二计算机组中的计算机运行程序进入死循环状态，则对所述第二计算机组中的计算机强制关机操作。
6.根据权利要求5所述的集群计算机运行调度控制方法，其特征在于，对所述第二计算机组中的计算机强制关机操作，包括：通过控制器强制控制所述第二计算机组中的计算机的电源主板中的PWRBTN端口与GND之间的电路短路实现计算机主板的强制断电。
7.根据权利要求1-5任一项所述的集群计算机运行调度控制方法，其特征在于，对应一个所述控制组设置多个继电器，一个所述继电器与两台计算机电连接，一个继电器连接所述控制器的一个GPIO端口，通过所述继电器的常开与常闭端口特性，控制器通过一个GPIO端口可以对两台计算机的状态信号进行获取。
8.根据权利要求7所述的集群计算机运行调度控制方法，其特征在于，控制器通过串口接收操作指令，根据指令内容对集群计算机及机柜PDU进行控制，执行结果通过串口反馈给操作方，并将当前状态信息通过设备自带的OLED显示屏进行输出显示。
9.根据权利要求8所述的集群计算机运行调度控制方法，其特征在于，所述控制器通过一个GPIO端口控制并维持PDU接触器的输入信号，通过GPIO端口状态来检测当前机柜PDU的开关状态，控制所述机柜PDU的GPIO端口独立控制，不能分组复用。
10.根据权利要求9所述的集群计算机运行调度控制方法，其特征在于，PDU开关指令执行完毕后，同将已操作的PDU状态存入PDU对象数据中，用于标志PDU状态的改变。
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