KR20150067806A - 부하 특성에 따른 시스템 전력 캐핑 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전력 캐핑 기술에 관한 것으로, 부하 특성에 따라 시스템 전력을 캐핑하는 장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 시스템의 하나 이상의 컴포넌트들의 전력 사용량을 측정하여 전체 전력 사용량을 산출하는 전력 측정 모듈, 전력 초과 상태 발생시 상기 시스템의 부하정보를 이용하여 상기 하나 이상의 컴포넌트별로 전력 사용을 제한하기 위한 프로필을 제공하는 부하 분석 및 프로필 관리 모듈, 및 캐핑 값과 산출한 전체 전력 사용량을 비교하며, 상기 전체 전력 사용량이 상기 캐핑 값을 초과하는 상기 전력 초과 상태가 발생하는지를 판단하고, 상기 전력 초과 상태 발생시 상기 프로필을 이용하여 상기 하나 이상의 컴포넌트별로 전력 사용량을 제한하는 전력 관리 모듈을 포함하는 부하 특성에 따른 시스템 전력 캐핑 장치가 제공된다.

Description

부하 특성에 따른 시스템 전력 캐핑 장치{Apparatus for power capping in accordance with a load characteristic}
본 발명은 전력 캐핑 기술에 관한 것으로, 부하 특성에 따라 시스템 전력을 캐핑하는 장치에 관한 것이다.
전력 캐핑은 시스템에서 사용하는 전력의 사용량을 시스템의 관리자가 설정한 캐핑 값으로 제한하는 기술이다. 전력 캐핑은 데이터 센터의 서버 시스템에서 전력 공급이 부족하거나 일정량의 전력 사용량 이내에서 시스템을 운용하기 위한 목적으로 주로 사용된다. 예를 들어, 컴퓨팅 시스템에 장착된 전력 공급 유닛에서 전체적인 전력 사용을 제한하거나, 컴퓨팅 시스템에 있는 다양한 장치들(CPU, Memory, I/O장치 등등)의 전력 사용을 제한하여, 전력 캐핑 기능을 수행한다. 기본적인 전력 캐핑은 사용자가 제시한 전력 사용 값(캐핑 값)을 토대로 컴퓨팅 시스템이 사용하는 전체 전력 사용량을 측정하여 사용자가 제안한 전력 캐핑 값보다 전력 사용량이 높은 경우에, 전력 사용량이 조절 가능한 컴포넌트들 또는 시스템 전체의 전력 사용량을 제한한다.
그러나, 기존의 방법들은 시스템의 성능 측면은 고려하지 않고, 시스템의 전력 사용량을 제한하였다. 따라서, 에너지 측면에서 볼 때, 더 많은 에너지를 소모하는 경우가 발생하기도 한다. 또한 전력제한에 의해 주어진 동일 시간에 완료 될 수 있는 작업 처리량이 줄어드는 문제점을 가지고 있다. 인텔이 발표한 "Intel Cloud Builders Guide: Cloud Design an Deployment on Intel Platforms"에 따르면, 전력 캐핑을 CPU 집중적인 부하와 I/O 집중적인 부하가 수행되고 있는 시스템에 실행시켜 보았을 때, CPU 집중적인 부하가 I/O 집중적인 부하보다 더 큰 성능 저하가 일어난다. 이를 해결 하기 위하여, 시스템에 전력 캐핑 기능을 적용하는 관리자가 실시간으로 시스템에서 수행되고 있는 부하의 특성을 분석하여 전력 캐핑 기능을 적용시키기에는 무리가 있다. 또한 전력 캐핑으로 인하여 성능 저하가 큰 CPU 집중적인 부하가 수행되는 경우, 시스템이 제 시간에 작업을 완료 시킬 수 없다. 그리고 부하의 특성에 상관없이 낮은 전력 캐핑 값을 설정하는 경우, 에너지 효율 측면에서도 많은 에너지를 소모하게 한다는 문제점이 있다.
미국 공개특허 US20090150693
본 발명은 전술한 종래의 문제점을 해결하기 위하여, 시스템에서 수행되고 있는 부하의 특성을 분석하여 시스템 사용자가 전력 캐핑 기능을 사용하는데 있어 에너지 절감 효과를 얻을 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 시스템의 하나 이상의 컴포넌트들의 전력 사용량을 측정하여 전체 전력 사용량을 산출하는 전력 측정 모듈, 전력 초과 상태 발생시 상기 시스템의 부하정보를 이용하여 상기 하나 이상의 컴포넌트별로 전력 사용을 제한하기 위한 프로필을 제공하는 부하 분석 및 프로필 관리 모듈, 및 캐핑 값과 산출한 전체 전력 사용량을 비교하며, 상기 전체 전력 사용량이 상기 캐핑 값을 초과하는 상기 전력 초과 상태가 발생하는지를 판단하고, 상기 전력 초과 상태 발생시 상기 프로필을 이용하여 상기 하나 이상의 컴포넌트별로 전력 사용량을 제한하는 전력 관리 모듈을 포함하는 부하 특성에 따른 시스템 전력 캐핑 장치가 제공된다.
본 발명에 따르면, 기존의 전력 캐핑 기술에서 문제가 되었던 에너지 효율 감소에 대한 문제점을 시스템에서 수행되는 부하의 특성을 분석하여 부하의 특성에 맞는 전력 캐핑 정책을 실행하게끔 하여, 시스템을 운영하는 사용자가 에너지 효율을 올리는데 기여할 수 있다.
이하에서, 본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예를 참조하여 설명된다. 이해를 돕기 위해, 첨부된 전체 도면에 걸쳐, 동일한 구성 요소에는 동일한 도면 부호가 할당되었다. 첨부된 도면에 도시된 구성은 본 발명을 설명하기 위해 예시적으로 구현된 실시예에 불과하며, 본 발명의 범위를 이에 한정하기 위한 것은 아니다.
도 1은 전력 캐핑 기능이 구현된 시스템을 도시한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 부하 분석 및 프로필 관리 모듈의 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 전력 캐핑 방법을 도시한 흐름도이다.
도 4는 전력 관리 모듈과 부하 분석 및 프로필 관리 모듈, 전력 측정 모듈을 탑재한 시스템에서의 계층을 도시한 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세한 설명을 통해 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 부하 특성에 따른 시스템 전력 캐핑 장치를 포함하는 시스템을 도시한 도면이다.
부하 특성에 따른 시스템 전력 캐핑 장치를 포함하는 시스템(100)은 컴포넌트(110a, 110b, 110c, 110d; 이하 110으로 총칭함), 전력 측정 모듈(120), 운영체제 커널(130), 부하 분석 및 프로필 관리 모듈(140) 및 전력 관리 모듈(150)을 포함하며, 부하 특성에 따른 시스템 전력 캐핑 장치는 전력 측정 모듈(120), 부하 분석 및 프로필 관리 모듈(140) 및 전력 관리 모듈(150)을 포함한다. 여기서 시스템(100)은 일반적인 컴퓨팅 시스템을 의미한다.
컴포넌트(110)는 예를 들어, CPU, Memory, I/O장치 등과 같이, 전력을 소모하는 하드웨어 컴포넌트이다. 컴포넌트(110)는 전력 사용량 조절 기능이 탑재되어 있을 수 있다.
전력 측정 모듈(120)은 컴포넌트(110)에 의해 소모되는 전력 사용량을 측정한다. 전력 측정 모듈(120)은 컴포넌트 별로 전력 사용량을 측정할 수 있으며, 그렇지 않은 경우에는 시스템(100)의 전체 전력 사용량을 측정한다. 전력 사용량의 실측이 불가능한 경우에는 전력 사용 예측 모델을 적용할 수도 있다. 전력 측정 모듈(120)은 컴포넌트별로 측정된 전력 사용량을 합산하여 산출한 전체 전력 사용량을 산출할 수 있다.
운영체제 커널(130)은 컴포넌트(110)의 성능 카운터 및 부하정보를 부하 분석 및 프로필 관리 모듈(140)에 제공한다. 성능 카운터는 컴포넌트(110)의 하드웨어 성능 카운터이며, 부하정보는 현재 시스템(100)에서 수행되고 있는 부하에 관한 정보로서, 특히, 각 컴포넌트(110)에서 수행되고 있는 부하에 관한 정보일 수 있다. 한편, 운영체제 커널(130)은 전력 관리 모듈(150)의 명령에 따라 컴포넌트(110)별 또는 시스템(100)의 전체 전력 사용량을 제어할 수 있다.
부하 분석 및 프로필 관리 모듈(140)은 운영체제 커널(130)로부터 제공받은 부하정보에 따라 적합한 캐핑 정책을 구현할 수 있는 프로필을 결정한다. 프로필이 존재하지 않으면, 부하 분석 및 프로필 관리 모듈(140)은 부하정보 및 성능 카운터를 이용하여 프로필을 생성할 수 있다. 성능 카운터는 전력 사용량이 조절 가능한 컴포넌트에 대한 정보를 포함할 수 있다. 부하 분석 및 프로필 관리 모듈(140)은 소프트웨어 모듈로 시스템(100)에 탑재될 수 있다.
전력 관리 모듈(150)은 사용자가 설정한 캐핑 모드 및 캐핑 값을 입력 받아 저장하고, 입력된 캐핑 모드 및 캐핑 값에 따라 시스템(100)의 전력을 관리한다. 상세하게는, 전력 관리 모듈(150)은 전체 전력 사용량과 캐핑 값을 비교하여, 전체 전력 사용량이 캐핑 값보다 크면, 전력 초과 상태를 판단한다. 전력 초과 상태이면, 부하 분석 및 프로필 관리 모듈(140)이 현재의 부하정보 및 성능 카운터를 이용하여 생성한 프로필을 이용하여, 전력 관리 모듈(150)은 전력 사용량이 조절 가능한 컴포넌트(110)의 전력 사용량 또는 시스템(100)의 전체 전력 사용량을 낮출 수 있다. 전력 관리 모듈(150)은 소프트웨어 모듈 또는 하드웨어 모듈로 시스템에 탑재 될 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 부하 분석 및 프로필 관리 모듈의 구성을 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 부하 분석 및 프로필 관리 모듈(140)은 프로필 관리 모듈(142), 부하 분석 모듈(144), 및 데이터베이스(146)를 포함한다.
프로필 관리 모듈(142)은 프로필을 전력 관리 모듈(150)에 제공한다. 상세하게, 프로필 관리 모듈(142)은 운영체제 커널(130)로부터 입력받은 부하정보에 상응하는 프로필을 데이터베이스(146)에서 추출하여 전력 관리 모듈(150)에 제공한다. 부하정보에 상응하는 프로필이 존재하지 않으면, 프로필 관리 모듈(142)은 부하정보를 부하 분석 모듈(144)에 제공하여, 부하 분석 모듈(144)이 현재의 부하정보에 상응하는 프로필을 생성하도록 한다.
부하 분석 모듈(144)은 운영체제 커널(130)로부터 입력 받은 성능 카운터와 프로필 관리 모듈(142)로부터 전달받은 현재의 부하정보를 이용하여 프로필을 생성한다. 여기서, 프로필은 컴포넌트(110) 별로 설정된 전력 사용량을 포함할 수 있다. 생성된 프로필은 데이터베이스(146)에 저장된다.
데이터베이스(146)는 부하 분석 모듈(144)을 통해 생성된 프로필을 저장한다.
도 3은 전력 캐핑 방법을 도시한 흐름도이다.
단계 300에서, 전력 측정 모듈(120)는 일정 시간 주기로 컴포넌트(110) 또는 전체 시스템(100)의 전력 사용량을 측정한다.
단계 305에서, 전력 관리 모듈(150)은 측정한 전력 사용량이 사용자가 설정한 캐핑 값보다 더 큰지 확인한다. 측정한 전력 사용량이 캐핑 값보다 작으면, 단계 300으로 되돌아간다. 측정한 전력 사용량이 캐핑 값보다 크면, 전력 관리 모듈(150)은 전력 초과 상태라고 판단한다.
단계 310에서, 전력 관리 모듈(150)이 부하 분석 및 프로필 관리 모듈(140)에 프로필을 요청하면, 프로필 관리 모듈(142)은 운영체제 커널(130)로부터 시스템(100)의 현재 부하정보를 입력 받는다.
단계 315에서, 프로필 관리 모듈(142)은 현재 부하정보에 상응하는 프로필이 데이터베이스(146)에 존재 하는지 확인한다. 현재 부하정보에 상응하는 프로필이 존재하면, 단계 330으로 진행한다. 현재 부하정보에 상응하는 프로필이 존재하지 않으면, 단계 320으로 진행한다.
단계 320에서, 현재 부하정보에 대한 프로필이 없으면, 부하 분석 모듈(144)은 프로필 관리 모듈(142)로부터 부하정보와 운영체제 커널로부터 입력 받은 성능 카운터를 이용하여 부하의 특성을 분석하고, 단계 325에서, 분석 결과에 따라 시스템의 현재 부하에 대한 프로필을 생성한다. 생성된 프로필은 다시 프로필 관리 모듈(142)을 통하여 데이터베이스(146)에 저장된다.
단계 330내지 350에서, 전력 관리 모듈(150)는 부하 분석 및 프로필 관리 모듈(140)로부터 수신한 프로필을 이용하여 전력 사용 제한을 실행한다. 프로필은 부하정보에 따라 현재 부하가 집중되고 있는 컴포넌트의 특성을 반영한다. 도 3에서는, I/O와 CPU를 컴포넌트의 예로서 설명하고 있으나, 컴포넌트의 종류는 이들에만 한정되는 것은 아니다. I/O에 부하가 집중되는 경우(단계 335)는 CPU에 부하가 집중되는 경우보다 시스템의 전체 성능에 영향을 상대적으로 덜 미치므로, 프로필은 모든 컴포넌트의 전력 사용량을 동일한 비율로 제한하더라도 시스템의 전체 성능은 크게 저하되지 않을 수 있다. 이와 반대로, CPU에 부하가 집중되는 경우(단계 340)는 전력 사용 제한을 다른 컴포넌트와 같은 비율로 제한하면 시스템의 전체 성능이 크게 떨어질 수 있다. 따라서, CPU의 전력 사용 제한은 다른 컴포넌트의 전력 사용 제한에 비해 상대적으로 작게 적용할 수 있다.
도 4는 전력 관리 모듈과 부하 분석 및 프로필 관리 모듈, 전력 측정 모듈을 탑재한 시스템에서의 계층을 도시한 도면이다.
하드웨어층(400)은 전력을 소모하는 하드웨어 컴포넌트로 구성되어 있다.
전력 측정 모듈(410)은 각 하드웨어 컴포넌트에서 사용한 전력을 측정할 수 있거나, 전체 시스템에 포함된 하드웨어가 사용한 전력을 측정할 수 있다. 전력 측정 모듈(410)은 시스템 내부 또는 외부에 위치 할 수 있다. 내부 또는 외부에서 측정한 전력 사용량에 대한 값은 운영체제 커널(420)을 통해서 전력 관리 모듈(430)에 전달한다.
전력 관리 모듈(430)은 운영체제에 포함된 소프트웨어로 존재 할 수 있으며, 독립적으로 구성된 하드웨어이거나 운영체제 커널(420)의 상위 계층에 존재하는 응용 소프트웨어일 수 있다. 전력 관리 모듈(430)은 응용 소프트웨어를 통해서 사용자와 인터페이스를 하여 캐핑 값이나 캐핑 모드를 입력 받을 수 있다. 예를 들어 사용자와의 인터페이스는 사용자가 직접 입력을 In-Band 형식일 수 있으며, 또한 웹과 같은 Out-Band 형태로 구성 될 수 있다.
부하 분석 및 프로필 관리 모듈(440)은 운영체제 커널(420)의 상위 계층에 존재하는 응용 소프트웨어로 존재하거나, 운영체제에 포함된 소프트웨어로 존재 할 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타나며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 시스템
110: 컴포넌트
120: 전력 측정 모듈
130: 운영체제 커널
140: 부하 분석 및 프로필 관리 모듈
142: 프로필 관리 모듈
144: 부하 분석 모듈
146: 데이터베이스
150: 전력 관리 모듈

Claims (1)

  1. 시스템의 하나 이상의 컴포넌트들의 전력 사용량을 측정하여 전체 전력 사용량을 산출하는 전력 측정 모듈;
    전력 초과 상태 발생시 상기 시스템의 부하정보를 이용하여 상기 하나 이상의 컴포넌트별로 전력 사용을 제한하기 위한 프로필을 제공하는 부하 분석 및 프로필 관리 모듈; 및
    캐핑 값과 산출한 전체 전력 사용량을 비교하며, 상기 전체 전력 사용량이 상기 캐핑 값을 초과하는 상기 전력 초과 상태가 발생하는지를 판단하고, 상기 전력 초과 상태 발생시 상기 프로필을 이용하여 상기 하나 이상의 컴포넌트별로 전력 사용량을 제한하는 전력 관리 모듈을 포함하는 부하 특성에 따른 시스템 전력 캐핑 장치.
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