KR20110065999A - 운영서버에 구성된 ｃｐｕ의 전체전력소모를 절감하는 방법 - Google Patents

운영서버에 구성된 ｃｐｕ의 전체전력소모를 절감하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 운영서버나 서버팜, 또는 IDC(Internet data center)의 멀티코어를 갖는 다수의 CPU의 프로세스처리를 코어단위로 조절하여 전체 CPU에서 소모되는 전력을 절감하는 방법에 관한 것이다.
본 발명은 멀티스레딩 방식이 지원되는 운영체제 하의 운영서버에서 멀티코어를 갖는 다수의 CPU의 전체전력소모를 절감하는 방법에 있어서, (a) 메인메모리에서 어느 하나의 프로그램의 프로세스 처리를 요청받으면 상기 멀티코어 중 어느 하나의 코어로만 프로세스를 패치하여 처리하는 단계; (b) 메인메모리에서 다른 하나의 프로그램의 프로세스 처리를 요청받으면 상기 패치된 코어의 처리용량을 상기 운영체제가 보유하고 있는 CPU Management library로 스캔하는 단계; 및 (c) 상기 스캔된 코어의 처리용량이 상기 운영체제상에 기 설정값 초과여부에 따라 상기 다른 하나의 프로그램의 프로세서를 처리하기 위한 코어가 추가로 패치되는 단계;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 운영서버에 구성된 CPU의 전체전력소모를 절감하는 방법을 제시한다.
본 발명을 통해 다중 스레드환경의 운영체제하에서 운영서버에 구성된 CPU의 멀티코어를 프로세스의 처리용량에 따라 코어단위로 조절하여 현재 프로세스를 처리하는데 필요한 적정한 코어만이 동작하도록 하여 운영서버의 CPU의 소비전력을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
멀티코어, CPU 전력소모, 프로세스, 운영서버

Description

운영서버에 구성된 ＣＰＵ의 전체전력소모를 절감하는 방법{The method for reducing entire power consumption of the CPU installed in operation server}
본 발명은 운영서버나 서버팜, 또는 IDC(Internet data center)의 멀티코어를 갖는 다수의 CPU의 프로세스처리를 코어단위로 조절하여 전체 CPU에서 소모되는 전력을 절감하는 방법에 관한 것이다.
많은 기업들이 최근 전기료에 대한 비용절감에 고심하고 있으며, 특히 기업들이 운영하고 있는 서버나, 서버팜, IDC에서 소비되는 전기료는 큰 고민거리 중의 하나다.
일반적으로 서버에서 가장 많은 전력이 소요되는 부분은 CPU이며, 최근 CPU의 경향은 다수의 코어를 갖는 멀티코어를 지원하면서 다수의 CPU를 포함하고 있다.
도 1a, 1b는 종래의 멀티코어가 내장된 CPU를 다수로 보유하는 운영서버에서의 프로세스처리방식을 나타낸 상태도이다.
최근의 기술경향은 운영체제(OS) 및 관련 어플리케이션 프로그램은 대부분 멀티코어를 지원하는 것이 일반적인 경향이다.
다시 말해, 종래에는 하나의 프로세스에서 하나의 스레드만 수행이 되는 단일 스레드 접근 방식으로 구현이 되었으나, 최근의 운영체제인 윈도우즈 등에서는 하나의 프로세스에서 여러개의 스레드가 지원되는 다중스레딩이 가능하며, 멀티코어가 지원되는 프로세서에서는 여러개의 스레드를 멀티코어를 통해 병렬처리하여 처리속도를 높이고 있다.
상기의 스레드(thread)란 하나의 프로그램이 실행된 후 그 내부에서 순차적으로 명령을 수행하는 흐름을 의미하며, 이에 대한 자세한 설명은 당업계에서 주지된 용어이기 때문에 생략한다.
도 1a에 도시된 바를 참조할 때, 멀티코어를 지원하는 운영체제 환경하에서, A, B, C, D라는 프로세스로 처리되는 프로그램 1에서 프로그램 처리 요청이 들어오면, 일반적으로 A라는 프로세스가 A1, A2, A3, A4라는 스레드, B라는 프로세스에선 B1, B2, B3, B4라는 스레드, C라는 프로세스에선 C1, C2, C3, C4라는 스레드, D라는 프로세스에선 D1, D2, D3, D4라는 스레드를 가지고 CPU의 코어 1 내지 코어 4에 분산되어 별도로 처리되면서 동작된다.
보다 자세하게 설명하면, 메인메모리에서 프로그램 1의 처리 요청이 들어오면, 프로그램 1의 A, B, C, D라는 프로세스는 기본적으로 CPU의 코어 1 내지 4로 패치되며, 각각의 코어의 제어장치에서 디코딩되며, 연산장치에서 레지스터를 참조하여 실행되어 결과를 출력하는 과정을 거친다.
도 1b에 도시된 바를 참조할 때, 다음으로, 프로그램 2에서 프로그램 처리 요청이 들어오면, 일반적으로 E라는 프로세스가 E1, E2, E3, E4라는 스레드, F라는 프로세스에선 F1, F2, F3, F4라는 스레드, G라는 프로세스에선 G1, G2, G3, G4라는 스레드, H라는 프로세스에선 H1, H2, H3, H4라는 스레드를 가지고, CPU의 코어 1 내지 코어 4에 분산되어 별도로 처리되면서 동작된다.
보다 자세하게는, 프로그램 1의 프로세스의 진행중에 프로그램 2의 처리 요청이 들어오면, 프로그램 2의 E, F, G, H라는 프로세스는 기본적으로 CPU의 코어 1 내지 4로 패치되며, 각각의 코어의 제어장치에서 디코딩되며, 연산장치에서 레지스터를 참조하여 실행되어 결과를 출력하는 과정을 거친다.
계속적으로, 프로그램 3, 4를 구성하는 프로세스도 같은 방식으로 CPU의 코어 1 내지 코어 4에 분산되어 처리된다.
이러한 다중코어를 이용한 멀티스레딩을 이용하여 프로세스를 처리하면 종래의 하나의 코어, 하나의 CPU를 사용하여 프로세스를 처리할 때보다 처리속도의 급향상을 가져오게 되는 효과가 있다.
즉, OS와 메모리 콘트롤러, 메인보드, 기타 여러가지 관련된 주변장치들이 적당한 작업량을 멀티 코어로 분산시켜서 동작시키는 것이 멀티코어를 갖는 CPU의 처리방식의 특징이다.
그러나, 이와 같은 멀티코어를 갖는 CPU의 경우는 다중 스레드환경의 운영체제하에서 멀티코어가 항상 실행되고 있어 그에 따른 전체 CPU의 전력소모가 커지는 문제점이 있다. 특히, 프로세스의 작업량이 크지 않은 경우에도 다중스레드를 생성하여 멀티코어를 모두 동작시키게 되므로 불필요한 전력소모로 인한 전기료의 증가의 단점이 지적되고 있는 현실이다.
상기의 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 다중 스레드환경의 운영체제하에서 운영서버에 구성된 CPU의 멀티코어를 프로세스의 처리용량에 따라 조절하여 적정한 코어만이 동작하도록 하여 운영서버의 CPU의 소비전력을 최소화하는 것을 목적으로 한다.
또한, 운영서버의 CPU를 구성하는 멀티코어 전체를 사용하지 않더라도, 전체 프로세스의 처리 속도를 최대화할 수 있도록 구성된 운영서버를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은, 멀티스레딩 방식이 지원되는 운영체제 하의 운영서버에서 멀티코어를 갖는 다수의 CPU의 전체전력소모를 절감하는 방법에 있어서, (a) 메인메모리에서 어느 하나의 프로그램의 프로세스 처리를 요청받으면 상기 멀티코어 중 어느 하나의 코어로만 프로세스를 패치하여 처리하는 단계; (b) 메인메모리에서 다른 하나의 프로그램의 프로세스 처리를 요청받으면 상기 패치된 코어의 처리용량을 상기 운영체제가 보유하고 있는 CPU Management library로 스캔하는 단계; 및 (c) 상기 스캔된 코어의 처리용량이 상기 운영체제상에 기 설정값 초과여부에 따라 상기 다른 하나의 프로그램의 프로세서를 처리하기 위한 코어가 추가로 패치되는 단계;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 운영서버에 구성된 CPU의 전체전력소모를 절감하는 방법을 제시한다.
상기 (a)단계는, 상기 어느 하나의 프로그램의 프로세스를 처리하기 위해 하나의 코어에 멀티스레드를 생성하여 프로세스를 처리하는 하이퍼 스레딩 기법을 사용하도록 구성될 수 있다.
상기 (c)단계는, (c-1) 상기 스캔된 코어의 처리용량이 상기 운영체제상에 기 설정값을 초과하는 경우 상기 다른 하나의 프로그램의 프로세서를 처리하기 위한 또 다른 코어를 추가로 패치하여 처리하는 단계; 및 (c-2) 상기 스캔된 코어의 처리용량이 상기 운영체제상에 기 설정값을 초과하지 않는 경우 상기 다른 하나의 프로그램의 프로세서를 처리하기 위하여 상기 (a)단계에서 패치된 코어에 계속적으로 패치하여 처리하는 단계;를 포함하여 구성될 수 있다.
바람직하게는, 상기 설정값은 코어의 처리용량의 70%로 설정할 수 있다.
본 발명에 의한 운영서버에 구성된 CPU의 전체전력소모를 절감하는 방법에 의해 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
첫 번째로, 본 발명은 다중 스레드환경의 운영체제하에서 운영서버에 구성된 CPU의 멀티코어를 프로세스의 처리용량에 따라 코어단위로 조절하여 현재 프로세스를 처리하는데 필요한 적정한 코어만이 동작하도록 하여 운영서버의 CPU의 소비전력을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
두 번째로, 운영서버의 CPU를 구성하는 멀티코어 전체를 사용하지 않더라도, 동작하는 코어에서는 하이퍼스레딩 기법을 적용하여 전체 프로세스의 처리 속도를 최대화할 수 있는 효과를 갖게 된다.
이하, 본 발명에 의한 운영서버에 구성된 CPU의 전체전력소모를 절감하는 방법에 대해 첨부된 도면을 참조하여 자세하게 설명한다.
도 2a, 2b는 본 발명에 의한 멀티코어가 내장된 CPU를 다수로 보유하는 운영서버에서의 프로그램 1의 프로세스 처리요청시 멀티코어에서의 프로세스처리방식을 나타낸 상태도이다.
도시된 바처럼, 멀티스레딩 방식이 지원되는 운영체제 하의 운영서버에는 멀티코어를 갖는 다수의 CPU가 구성된다.
운영서버의 메인메모리에서 프로그램1의 프로세스 처리를 요청받으면 상기 CPU의 멀티코어 중 어느 하나의 코어인 CORE1 로만 프로그램 1의 프로세스들(A, B)를 패치하여 처리하도록 구성된다.
보다 자세하게는, 코어 1로 패치된 프로세스들(A, B)은 제어장치에서 디코딩되며, 디코딩된 데이터를 연산장치에서 레지스터를 참조하여 실행, 처리하여 결과 데이터를 메인메모리로 출력하게 된다.
따라서, 프로그램 1의 프로세스(A, B)들은 모두 코어 1로 패치되어 코어 1에서만 처리되도록 구성하면서, 프로세스를 처리를 위해 분산패치되지 않은 운영서버의 다른 코어들에는 대기전력을 차단함으로써, 운영서버의 CPU의 전체 전력소모를 절감할 수 있는 효과가 있다.
다만, 운영체제의 멀티코어를 모두 사용하지 않고 프로그램1의 프로세스(A, B)를 단지 하나의 코어1을 통해 처리함에 따라 발생되는 처리속도의 저하를 극복하 기 위해, 본 발명은 상기 패치된 코어1에 멀티스레드를 생성하여 프로세스를 처리하는 하이퍼 스레딩 기법을 사용하도록 구성한다.
도 2b에 도시된 바를 참조할 때, 코어 1에 패치된 프로그램 1의 프로세스를 처리하기 위해 코어1에 멀티스레드를 생성하여 프로세스(A, B)를 병렬처리하도록 구성하고 있다.
따라서, 상기의 프로그램1의 프로세스(A, B)를 처리하는 CPU의 코어는 코어1 한개지만 멀티스레드를 생성하여 마치 코어를 2개 처럼 사용할 수 있어, 결과적으로 CPU전체 전력소모를 줄이면서도 단지 하나의 코어1을 통해 처리함에 따라 발생되는 처리속도의 저하를 보완할 수 있게 된다.
도 3a, 3b 및 도 4a, 4b는 본 발명에 의한 멀티코어가 내장된 CPU를 다수로 보유하는 운영서버에서의 계속되는 프로그램 2의 프로세스 처리요청시 멀티코어에서의 프로세스처리방식을 나타낸 상태도이며, 도 5는 본 발명에 의한 운영서버에 구성된 CPU의 전체전력소모를 절감하는 방법에 대한 흐름도이다.
도시된 바를 참조하면, 코어 1에서 프로그램 1의 프로세스(A, B)를 처리하고 있는 단계에서, 메인메모리에서 또 다른 프로그램2의 프로세스(C, D) 처리를 요청받으면, 먼저 현재 패치되어 있는 코어 1의 처리용량을 운영체제가 보유하고 있는 CPU Management library로 스캔하게 된다.
도 3a를 참조할 때, 운영체제가 보유하고 있는 CPU Management library로 상기 스캔된 코어1의 처리용량이 운영체제상에 기 설정값을 초과하지 않는 경우에 프로그램 2의 프로세스(C, D)도 코어 1에 패치되어 코어 1에서 처리되도록 구성된다.
다시 말해, 코어 1의 처리용량이 프로그램 1과 프로그램 2의 프로세스를 모두 처리할 정도의 용량을 현재 보유하고 있다면, 다른 코어로 프로그램 2의 프로세스를 패치시키지 않고, 계속적으로 코어 1에서 프로그램 2의 프로세스를 처리하도록 함으로써 전체 CPU의 전력소모를 줄일 수 있게 된다.
다만, 이 경우에도 코어 1에 패치된 프로그램 1과 프로그램 2의 프로세스를 모두 처리하기 위해 코어1에 멀티스레드를 생성하여 프로세스(A, B)를 병렬처리하도록 구성하고 있다.
따라서, 상기의 프로그램1의 프로세스(A, B)와 프로그램2의 프로세스(C, D)를 처리하는 CPU의 코어는 상기 코어1 단 한개지만 멀티스레드를 생성하여 마치 코어를 2개처럼 사용할 수 있어, 결과적으로 CPU전체 전력소모를 줄이면서도 단지 하나의 코어1을 통해 처리함에 따라 발생되는 전체처리속도의 저하를 보완할 수 있게 된다.
도 4a를 참조할 때, 운영체제가 보유하고 있는 CPU Management library로 상기 스캔된 코어1의 처리용량이 운영체제상에 기 설정값을 초과하는 경우에는 프로그램 2의 프로세스(C, D)는 다른 코어인 코어 2 패치되어 처리되도록 구성된다.
다시 말해, 코어 1의 처리용량이 프로그램 1과 프로그램 2의 프로세스를 모 두 처리할 정도의 용량이 되지 않는 경우에만 다른 코어인 코어2로 프로그램 2의 프로세스를 패치시켜 프로그램 2의 프로세스(C, D)를 처리하도록 구성된다.
즉, 프로세스를 처리량에 따라 코어단위로 CPU의 코어를 선택적으로 패치시키고, 패치되지 않은 다른 코어의 대기전력을 차단함으로써 전체 CPU의 전력소모를 줄일 수 있게 되는 것이다.
도 4b를 참조할 때, 프로그램 1과 프로그램 2의 프로세스들을 처리하기 위해 코어 1과 코어 2의 멀티코어를 이용하여 프로그램 1과 프로그램 2의 프로세스를 분산시켜 처리하게 된다.
다만, 이 경우에도 각각의 코어 1과 코어 2의 프로세스 처리방식은 각각 멀티스레드를 생성하는 하이퍼 스레딩방식을 통해 코어 1에서는 멀티스레드를 생성해 프로세스(A, B)를 병렬처리하며, 코어 2에서도 멀티스레드를 생성해 프로세스(C, D)를 병렬처리하도록 구성된다.
따라서, 상기의 프로그램1의 프로세스(A, B)와 프로그램2의 프로세스(C, D)를 처리하는 CPU의 코어는 상기 코어1과 코어2 이지만 멀티스레드를 생성하여 마치 패치되는 코어를 그 이상인 것처럼 사용할 수 있어, 결과적으로 CPU전체 전력소모를 줄이면서도 전체처리속도의 저하를 보완할 수 있게 된다.
바람직하게는, 상기 운영서버의 운영체제에서 설정하는 코어처리용량의 설정값은 각각의 코어의 프로세스 처리용량의 70%수준을 초과하는 경우에 다른 코어로 요청된 프로세스가 패치되도록 할 수 있다.
다시 말해, 현재 프로세스가 패치된 코어의 처리용량이 한계치에 도달되지 않더라도 또 다른 프로세스 처리 요청이 있으면 일정수준에서는 다른 코어를 사용하도록 하여 CPU의 전력소모절감과 함께 멀티코어 시스템의 목적인 처리속도향상 및 멀티태스킹의 특성이 최대로 활용되도록 구성하는 것이다.
상기한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대해 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
도 1a, 1b는 종래의 멀티코어가 내장된 CPU를 다수로 보유하는 운영서버에서의 프로세스처리방식을 나타낸 상태도이다.
도 2a, 2b는 본 발명에 의한 멀티코어가 내장된 CPU를 다수로 보유하는 운영서버에서의 프로그램 1의 프로세스 처리요청시 멀티코어에서의 프로세스처리방식을 나타낸 상태도이다.
도 3a, 3b 및 도 4a, 4b는 본 발명에 의한 멀티코어가 내장된 CPU를 다수로 보유하는 운영서버에서의 계속되는 프로그램 2의 프로세스 처리요청시 멀티코어에서의 프로세스처리방식을 나타낸 상태도이다.
도 5는 본 발명에 의한 운영서버에 구성된 CPU의 전체전력소모를 절감하는 방법에 대한 흐름도이다.

Claims (4)

  1. 멀티스레딩 방식이 지원되는 운영체제 하의 운영서버에서 멀티코어를 갖는 다수의 CPU의 전체전력소모를 절감하는 방법에 있어서,
    (a) 메인메모리에서 어느 하나의 프로그램의 프로세스 처리를 요청받으면 상기 멀티코어 중 어느 하나의 코어로만 프로세스를 패치하여 처리하는 단계;
    (b) 메인메모리에서 다른 하나의 프로그램의 프로세스 처리를 요청받으면 상기 패치된 코어의 처리용량을 상기 운영체제가 보유하고 있는 CPU Management library로 스캔하는 단계; 및
    (c) 상기 스캔된 코어의 처리용량이 상기 운영체제상에 기 설정값 초과여부에 따라 상기 다른 하나의 프로그램의 프로세서를 처리하기 위한 코어가 추가로 패치되는 단계;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 운영서버에 구성된 CPU의 전체전력소모를 절감하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 (a)단계는,
    상기 어느 하나의 프로그램의 프로세스를 처리하기 위해 하나의 코어에 멀티스레드를 생성하여 프로세스를 처리하는 하이퍼 스레딩 기법을 사용하도록 구성된 것을 특징으로 하는 운영서버에 구성된 CPU의 전체전력소모를 절감하는 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 (c)단계는,
    (c-1) 상기 스캔된 코어의 처리용량이 상기 운영체제상에 기 설정값을 초과하는 경우 상기 다른 하나의 프로그램의 프로세서를 처리하기 위한 또 다른 코어를 추가로 패치하여 처리하는 단계; 및
    (c-2) 상기 스캔된 코어의 처리용량이 상기 운영체제상에 기 설정값을 초과하지 않는 경우 상기 다른 하나의 프로그램의 프로세서를 처리하기 위하여 상기 (a)단계에서 패치된 코어에 계속적으로 패치하여 처리하는 단계;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 운영서버에 구성된 CPU의 전체전력소모를 절감하는 방법.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 설정값은 코어의 처리용량의 70%로 설정한 것을 특징으로 하는 운영서버에 구성된 CPU의 전체전력소모를 절감하는 방법.
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