TW201520752A - 電腦系統中的電源消耗控制 - Google Patents

Abstract

揭露一種機架式電腦系統，包含一第一伺服器、一第二伺服器、與一電源分配單元。電源分配單元提供電源給該第一伺服器與該第二伺服器，並監控所提供給該第一伺服器與該第二伺服器之電源而取得一電源總合值。該第一伺服器判斷該電源總合值是否超過一預定值，若是，則該第一伺服器進行電源降載。

Description

電腦系統中的電源消耗控制

本發明大體而言係關於電腦系統中的電源消耗控制。更特別地，係關於機架式電腦系統中的電源消耗控制。

在例如資料中心(data center)的使用狀況中，一般都將多台伺服器或其他電腦硬體群組化而設置在機架(rack)上，以方便管理並節省所佔據的空間。關於此類機架式電腦系統，可參見例如IBM公司的System X、Blade Center或eServer。

現有技術中對於機架式電腦系統或是多台伺服器群組化所構成的電腦系統的「系統層級」電源消耗控制，已經存在有多種解決方案，對此可參見美國專利US8006108與US7827421，或是美國專利申請US2012/0166825與US2009/0132842。

現有技術中，對於機架式電腦系統或是多台伺服器群組化所構成的電腦系統的電源消耗控制，一般都是採用額外的管理單元(management unit)，例如額外的專用伺服器或是設置在電源分配單元中的控制器，然後協調或配置(allocate)適當的電源給各個伺服器，而避免整體的電源消耗超過限定值，或是因應各個伺服器運作狀況的不同，而讓電源配置達到最佳化。

但上述作法中額外的管理單元除了增加成本，也增加了系統管理的複雜度。有鑑於此，本發明一方面提出讓群組中各個伺服器採取自我管理的作法，由於現有伺服器中都已經具有控制自身電源消耗的機 制(即「伺服器層級」的電源消耗控制)，因此本發明可進一步利用這些現有的機制來達成「系統層級」的電源消耗控制。另一方面，由於省卻了現有技術中額外的管理單元來協調一系統中的各個伺服器，本發明也提出一種新穎的作法，讓群組中各個伺服器可根據一給定規則來自我決定進行電源控制的優先次序。

在一實施例中，電腦系統包含：●一第一伺服器；●一第二伺服器；以及●一電源分配單元，用以提供電源給該第一伺服器與該第二伺服器，該電源分配單元更監控所提供給該第一伺服器與該第二伺服器之電源而取得一電源總合值，並傳送該電源總合值給該第一伺服器●其中該第一伺服器判斷該電源總合值是否超過一第一預定值，若是，則該第一伺服器進行電源降載。

在另一實施例中，在一電腦系統中控制電源消耗的方法，其中該電腦系統包含複數個伺服器與一電源分配單元，該電源分配單元提供電源給該複數個伺服器，該電源分配單元更監控所提供給該複數個伺服器之電源而取得一電源總合值，該方法包含：：●該電源分配單元傳送該電源總合值至每一伺服器；以及●一第一網路介面控制器；以及●針對任一伺服器，判斷該電源總合值是否超過一第一預定值，若是，則該伺服器進行電源降載。

本說明書中所提及的特色、優點、或類似表達方式並不表示，可以本發明實現的所有特色及優點應在本發明之任何單一的具體實施例內。而是應明白，有關特色及優點的表達方式是指結合具體實施例所述的特定特色、優點、或特性係包括在本發明的至少一具體實施例內。因此，本說明書中對於特色及優點、及類似表達方式的論述與相同具體實施例有關，但亦非必要。

參考以下說明及隨附申請專利範圍或利用如下文所提之本 發明的實施方式，即可更加明瞭本發明的這些特色及優點。

10‧‧‧電腦系統

11‧‧‧殼體

14、14a、14b‧‧‧伺服器

20a、20b‧‧‧基板管理控制器

16‧‧‧電源分配單元

為了立即瞭解本發明的優點，請參考如附圖所示的特定具體實施例，詳細說明上文簡短敘述的本發明。在瞭解這些圖示僅描繪本發明的典型具體實施例並因此不將其視為限制本發明範疇的情況下，參考附圖以額外的明確性及細節來說明本發明，圖式中：圖1係依據本發明一具體實施例之機架式電腦系統；圖2係圖1機架式電腦系統之功能方塊圖；以及圖3顯示一實施例中的控制流程圖。

本說明書中「一具體實施例」或類似表達方式的引用是指結合該具體實施例所述的特定特色、結構、或特性係包括在本發明的至少一具體實施例中。因此，在本說明書中，「在一具體實施例中」及類似表達方式之用語的出現未必指相同的具體實施例。

熟此技藝者當知，本發明可實施為電腦系統/裝置、方法或作為電腦程式產品之電腦可讀媒體。因此，本發明可以實施為各種形式，例如完全的硬體實施例、完全的軟體實施例(包含韌體、常駐軟體、微程式碼等)，或者亦可實施為軟體與硬體的實施形式，在以下會被稱為「電路」、「模組」或「系統」。此外，本發明亦可以任何有形的媒體形式實施為電腦程式產品，其具有電腦可使用程式碼儲存於其上。

一個或更多個電腦可使用或可讀取媒體的組合都可以利用。舉例來說，電腦可使用或可讀取媒體可以是(但並不限於)電子的、磁的、光學的、電磁的、紅外線的或半導體的系統、裝置、設備或傳播媒體。更具體的電腦可讀取媒體實施例可以包括下列所示(非限定的例示)：由一個或多個連接線所組成的電氣連接、可攜式的電腦磁片、硬碟機、隨機存取記憶體(RAM)、唯讀記憶體(ROM)、可抹除程式化唯讀記憶體(EPROM或快閃記憶體)、光纖、可攜式光碟片(CD-ROM)、光學儲存裝置、傳輸媒體(例 如網際網路(Internet)或內部網路(intranet)之基礎連接)、或磁儲存裝置。需注意的是，電腦可使用或可讀取媒體更可以為紙張或任何可用於將程式列印於其上而使得該程式可以再度被電子化之適當媒體，例如藉由光學掃描該紙張或其他媒體，然後再編譯、解譯或其他合適的必要處理方式，然後可再度被儲存於電腦記憶體中。在本文中，電腦可使用或可讀取媒體可以是任何用於保持、儲存、傳送、傳播或傳輸程式碼的媒體，以供與其相連接的指令執行系統、裝置或設備來處理。電腦可使用媒體可包括其中儲存有電腦可使用程式碼的傳播資料訊號，不論是以基頻(baseband)或是部分載波的型態。電腦可使用程式碼之傳輸可以使用任何適體的媒體，包括(但並不限於)無線、有線、光纖纜線、射頻(RF)等。

用於執行本發明操作的電腦程式碼可以使用一種或多種程式語言的組合來撰寫，包括物件導向程式語言(例如Java、Smalltalk、C++或其他類似者)以及傳統程序程式語言(例如C程式語言或其他類似的程式語言)。程式碼可以獨立軟體套件的形式完整的於使用者的電腦上執行或部分於使用者的電腦上執行，部分於使用者電腦而部分於遠端電腦，或完整的於遠端電腦。

於以下本發明的相關敘述會參照依據本發明具體實施例之電腦裝置、方法及電腦程式產品之流程圖及/或方塊圖來進行說明。當可理解每一個流程圖及/或方塊圖中的每一個方塊，以及流程圖及/或方塊圖中方塊的任何組合，可以使用電腦程式指令來實施。這些電腦程式指令可供通用型電腦或特殊電腦的處理器或其他可程式化資料處理裝置所組成的機器來執行，而指令經由電腦或其他可程式化資料處理裝置處理以便實施流程圖及/或方塊圖中所說明之功能或操作。

這些電腦程式指令亦可被儲存在電腦可讀取媒體上，以便指示電腦或其他可程式化資料處理裝置來進行特定的功能，而這些儲存在電腦可讀取媒體上的指令構成一製成品，其內包括之指令可實施流程圖及/或方塊圖中所說明之功能或操作。

電腦程式指令亦可被載入到電腦上或其他可程式化資料處理裝置，以便於電腦或其他可程式化裝置上進行一系統操作步驟，而於該 電腦或其他可程式化裝置上執行該指令時產生電腦實施程序以達成流程圖及/或方塊圖中所說明之功能或操作。

其次，請參照圖1至圖3，在圖式中顯示依據本發明各種實施例的裝置、方法及電腦程式產品可實施的架構、功能及操作之流程圖及方塊圖。因此，流程圖或方塊圖中的每個方塊可表示一模組、區段、或部分的程式碼，其包含一個或多個可執行指令，以實施指定的邏輯功能。另當注意者，某些其他的實施例中，方塊所述的功能可以不依圖中所示之順序進行。舉例來說，兩個圖示相連接的方塊事實上亦可以皆執行，或依所牽涉到的功能在某些情況下亦可以依圖示相反的順序執行。此外亦需注意者，每個方塊圖及/或流程圖的方塊，以及方塊圖及/或流程圖中方塊之組合，可藉由基於特殊目的硬體的系統來實施，或者藉由特殊目的硬體與電腦指令的組合，來執行特定的功能或操作。

<系統架構>

圖1顯示一實施例中之電腦系統10。電腦系統10係顯示為一機架式電腦系統，其中包含殼體11，並在殼體11內設置有多台的刀鋒(blade)伺服器14與電源分配單元16。但應可知圖1所示僅為本發明之範例，而不應限制本發明。

進一步參考圖2的功能方塊圖，其中顯示電腦系統10中的伺服器14a與14b，以及提供電源給伺服器14a與14b的電源分配單元16。伺服器14a與14b可為相同的伺服器，但亦可為不同的伺服器。

在此實施例中，伺服器14a與14b各自包含基板管理控制器20a與20b，關於基板管理控制器20a與20b的構造與在伺服器中所提供的功能(特別是可監控伺服器自身的電源消耗)，可參考IBM公司的產品Integrated Management Module(IMM)。在其他實施例中，伺服器14a與14b亦可不具有基板管理控制器。

另外，應可知圖2係極端的簡化，而實際上機架式電腦系統10可具有兩個以上的伺服器14，亦可具有多個電源分配單元16，但一般來說，電腦系統10中每一伺服器僅由單一電源分配單元16提供電源。

電源分配單元16可具有電源監控功能，以監控電源分配單 元16所輸出的電源，在圖2所示的簡化範例中，即為分別輸出給伺服器14a與14b的電源以及其電源總合。可理解的是，電源分配單元16所輸出的電源並非恆定，而是會根據伺服器14a與14b的運作而改變。另一方面，電源分配單元16係具有乙太網路通訊功能，而可透過乙太網路(未圖示)與伺服器14a與14b以及網路上其他裝置進行通訊。在一實施例中，電源分配單元16更可提供一網頁介面(未圖示)，供使用者遠端連線來監控此電源分配單元16的運作。關於電源分配單元16更多的細節，可參考IBM公司的電源分配單元產品PDU+，在此不予贅述。

關於電腦系統10的其他細節，可參見例如IBM公司的System X、Blade Center或eServer。

<控制流程>

以下利用圖3說明本發明實施例電源消耗控制流程。首先需說明的是，本發明實施例的目標係針對電腦系統層級進行電源消耗控制，而不是針對伺服器層級。換言之，在圖2的簡化範例中，所要考量的是電腦系統10中伺服器14a與14b的共同電源消耗。因此在進行控制之前，可針對伺服器14a與14b的組合，也就是針對電腦系統10的層級，預先可定義出三個電源參考值，由高至低，分別是：(1)最大容忍值(M)，(2)降載生效值(C)，(3)降載解除值(S)。

簡要來說，若伺服器14a與14b共同消耗的電源超過最大容忍值(M)，則可能造成系統損壞，伺服器14a與14b應立即關機(power off)。若伺服器14a與14b共同消耗的電源超過降載生效值(C)，但還沒超過最大容忍值(M)，則伺服器14a與14b中至少其中之一應進行電源降載，直到伺服器14a與14b共同消耗的電源低於降載解除值(S)，才能解除降載。更多細節將說明於後。

此外，上述最大容忍值(M)、降載生效值(C)、與降載解除值(S)可由使用者按照作業法規以及實際情況設定於伺服器14a與14b之中。特別是需注意某些國家的法規係要求對整個機架電腦系統的電 源消耗進行控制，因此雖然圖2的簡化範例中電腦系統10僅具有單一電源分配單元16以及由電源分配單元16提供電源的兩台伺服器14a與14b，但應可知在實際應用時，上述最大容忍值(M)、降載生效值(C)、與降載解除值(S)的設定必須考量機架電腦系統中電源分配單元的數量以及每一電源分配單元所支援伺服器的數量。

在一實施例中，使用者甚至可針對上述各值提供查對表，而由伺服器14a與14b自動根據不同使用環境來選擇適當的值。另外在以下實施例中，伺服器14a與14b係採用相同的最大容忍值(M)、降載生效值(C)、與降載解除值(S)，但這並非本發明之必要。

另外需說明的是，以下的自我控制步驟僅以伺服器14a為例加以說明，但亦適用於伺服器14b。此外，本發明並不要求伺服器14a與伺服器14b必須同時進行以下步驟，也不要求伺服器14a與伺服器14b都具備進行以下步驟的能力。另外，以下步驟較佳地係透過基板管理控制器20a或20b來進行，但亦可由伺服器14a或14b上所執行的應用程式來進行。

步驟300：在電腦系統10開機後，伺服器14a與電源分配單元16進行網路連線，並週期性(例如每1ms)從電源分配單元16知悉當下電源分配單元16總輸出的電源(在圖2例中即為電源分配單元16的輸出給伺服器14a與14b的電源之合)。需說明的是，電腦系統10中不同伺服器(例如伺服器14a或14b)可採取相同或略為不同週期，不同的週期可避免不同伺服器同時進行降載。此外，伺服器14a亦可知悉電源分配單元16輸出給伺服器14a其自身的電源，惟若伺服器14a具有基板管理控制器20a，基板管理控制器20a本身即可偵測出伺服器14a所消耗的電源，因此不需要從電源分配單元16得知。

步驟302：伺服器14a首先判斷電源分配單元16的輸出給伺服器14a與14b的電源是否超過最大容忍值(M)。若判斷為是，則進行到步驟303，伺服器14a立即關閉電源，避免硬體損壞。若判斷為否，則進行到步驟304。

步驟304：伺服器14a判斷電源分配單元16的輸出給伺服 器14a與14b的電源是否低於降載解除值(S)且伺服器14a正進行電源降載。若判斷為是，則進行到步驟305，伺服器14a解除電源降載，並回到步驟300。若判斷為否，則進行到步驟306。

步驟306：伺服器14a判斷電源分配單元16的輸出給伺服器14a與14b的電源是否高於降載生效值(C)。若判斷為否，則回到步驟300。若判斷為是，則進行到步驟308，等待一時期。

在步驟308的等待過後，在步驟310，若伺服器14a判斷電源分配單元16的輸出給伺服器14a與14b的電源還是高於降載生效值(C)，則進行步驟312，啟動電源降載，接著回到步驟300。較佳地，步驟312中的電源降載係為步階式降載(例如從高到低分五階)，也就是每次僅降載一階(也就是一固定範圍)，而避免過度降載，影響了伺服器14a的正常運作。而如果伺服器14a在步驟312之前已經進行電源降載(例如已經在第一階降載)，則伺服器14a在步驟312則在向下一階(即第二階)降載，直到最低階為止。

關於上述伺服器14a電源降載的作法，例如透過調整處理器或記憶體的運作來進行電源降載，可參考現有技術，本發明並不欲加以限定。若步驟310的判斷為否，則進行到步驟314。

步驟314：伺服器14a判斷電源分配單元16的輸出給伺服器14a與14b的電源是否高於降載解除值(S)且伺服器14a正進行電源降載，若是，則進行步驟316，伺服器14a保持現有電源降載的狀況(即「階」)，然後回到步驟300。若否，則回到步驟305，伺服器14a解除電源降載，然後回到步驟300。

需說明的是，電腦系統10中不同伺服器(例如伺服器14a或14b)在進行步驟308時，所等待的時期長度可設計為不同，以避免不同伺服器同時進行降載。在一實施例中，每一伺服器在步驟308等待的時期長度係預先由使用者指定，例如伺服器14a等待1秒，而伺服器14b等待2秒。原則上耗能較多的伺服器等待時間應較短，也就意謂著耗能較多的伺服器應優先執行電源降載。

在另一實施例中，伺服器14a與伺服器14b可根據其所可獲 得的系統運行參數來動態地決定在步驟308等待的時期長度。舉例來說，可根據伺服器本身當下所消耗的電源(可從基板管理控制器或電源分配單元16取得)來決定等待的時期長度，例如電源消耗愈多，則等待時期愈短。也就是說，若伺服器14a所消耗的電源較伺服器14b多，則伺服器14a在步驟308所等待的時期要短於伺服器14b，而優先進行降載。

另外一作法，係進一步考慮伺服器當下所消耗的電源與該伺服器的表定最大消耗電源間的差。差值愈小，表示該伺服器所消耗的電源已經趨近其表定最大消耗電源，因此應優先進行降載。更細緻的作法可進一步將上述差值除以其表定最大消耗電源，而得出一比值，比值愈小的伺服器愈優先進行降載。

除了上述根據當下自身電源消耗來決定等待時間之外，亦可根據基板管理控制器或作業系統所能掌握的其他參數來動態地決定等待時間，例如溫度、風扇轉速、任務數目等。以上皆在本發明所欲涵蓋的範圍內。

在不脫離本發明精神或必要特性的情況下，可以其他特定形式來體現本發明。應將所述具體實施例各方面僅視為解說性而非限制性。因此，本發明的範疇如隨附申請專利範圍所示而非如前述說明所示。所有落在申請專利範圍之等效意義及範圍內的變更應視為落在申請專利範圍的範疇內。

Claims (15)

1. 一種電腦系統，包含：一第一伺服器；一第二伺服器；以及一電源分配單元，用以提供電源給該第一伺服器與該第二伺服器，該電源分配單元更監控所提供給該第一伺服器與該第二伺服器之電源而取得一電源總合值，並傳送該電源總合值給該第一伺服器；其中該第一伺服器判斷該電源總合值是否超過一第一預定值，若是，則該第一伺服器進行電源降載。
2. 如請求項1所述之電腦系統，其中該電源分配單元更傳送該電源總合值給該第二伺服器；其中該第二伺服器亦判斷該電源總合值是否超過該第一預定值，若是則該第二伺服器也進行電源降載。
3. 如請求項1或2所述之電腦系統，其中該第一伺服器判斷該電源總合值是否超過一第二預定值，該第二預定值係高於該第一預定值，若是則該第一伺服器進行電源關閉。
4. 如請求項1或2所述之電腦系統，其中在電源降載之後，該第一伺服器判斷該電源總合值是否低於一第三預定值，該第三預定值係低於該第一預定值，若是則該第一伺服器解除電源降載。
5. 如請求項1所述之電腦系統，其中該第一伺服器判斷在相隔一第一時期的兩時間點上該電源總合值是否皆超過該第一預定 值，若是則該第一伺服器進行電源降載。
6. 如請求項5所述之電腦系統，其中該第一伺服器係動態調整該第一時期的長度。
7. 如請求項6所述之電腦系統，其中該第一伺服器根據該第一伺服器當下所消耗的電源來動態調整該第一時期的長度。
8. 如請求項7所述之電腦系統，其中該第一伺服器根據該第一伺服器當下所消耗的電源與該第一伺服器的最大消耗電源間的差來動態調整該第一時期的長度。
9. 如請求項8所述之電腦系統，其中該第一伺服器根據該第一伺服器當下所消耗的電源與該第一伺服器的最大消耗電源間的差與該第一伺服器的最大消耗電源之比值來動態調整該第一時期的長度。
10. 如請求項5所述之電腦系統，其中該電源分配單元更傳送該電源總合值給該第二伺服器；其中該第二伺服器亦判斷在相隔一第二時期的兩時間點上該電源總合值該電源總合值是否超過該第一預定值，若是則該第二伺服器也進行電源降載。
11. 如請求項1至2與5至10中任一項所述之電腦系統，其中該電腦系統係一機架式電腦系統。
12. 一種在一電腦系統中控制電源消耗(power consumption)的方法，其中該電腦系統包含複數個伺服器與一電源分配單元，該電源分配單元提供電源給該複數個伺服器，該電源分配單元更 監控所提供給該複數個伺服器之電源而取得一電源總合值，該方法包含：(a)該電源分配單元傳送該電源總合值至每一伺服器；以及(b)針對任一伺服器，判斷該電源總合值是否超過一第一預定值，若是，則該伺服器進行電源降載。
13. 如請求項12之方法，其中步驟(b)更包含：針對任一伺服器，根據該伺服器當下所消耗的電源決定一等待時期，並判斷在相隔該等待時期的兩時間點上該電源總合值是否超過該第一預定值，若是，則該伺服器進行電源降載。
14. 如請求項13之方法，其中步驟(b)更包含：針對任一伺服器，根據該伺服器當下所消耗的電源與該伺服器的最大消耗電源間的差來決定一等待時期。
15. 如請求項14之方法，其中步驟(b)更包含：針對任一伺服器，根據該伺服器當下所消耗的電源與該伺服器的最大消耗電源間的差與該第一伺服器的最大消耗電源之比值來來決定一等待時期。