TW583553B - Conserving energy in a data processing network - Google Patents

Description

^3553 五 、發明說明（ 發明背景 L 領域 :發明-般係關於網路計算領域；更明確地說，其係關 路=種方法及系統，利用動態調節被選擇的飼服器網路鍵 勺作業頻率，降低伺服器群集器的能量消耗。 2·顏JI技藝回顧 隹=路計算及資料處理領域中，經常都會利用飼服器群 網路服務。飼服器群集器—般都包括一組伺服器 U 都能處理伺服器要求。該群集器可能包括 群隹::：配：’其係配置以將傳入的要求遞送給該伺服器 f中正確的飼服器進行處理。可根據下面的情況將要 2配給個別的飼服器：個別伺服器目前的負冑、要求的 來源、所要求的標案或資料之位置或是其它適當的因辛。 7服科集器通㈣是根據交換結構進行配置，在此結 1中母㈣服器都會透過傳輸介質（例如，銅絞線、光纖 纜線或無線傳輸的電磁波）盥中

路參數設定之後，便可根丄個乂換'進行通訊。當網 身的频寬路介面卡及傳輸介質本 身力建㈡㈣服器m鏈路的傳輸速率。 一般來說，當鏈路建立之後，便鲈 A 且會在其鏈路壽命期間維持不變。：：疋所：輸速率’並 鱼、ιϋ受A 再者所建亙的傳輸速 率通吊疋㈣路兩端能夠接受的最高可能傳輸速率。 ==路保持在最高的可能傳輸速率值，雖然可 于 月匕’但是卻必須消耗非常大的功率。一^咸 認為’與作業於低頻率的鏈路相比較，作業於高頻率的又網 用中酬家標準 -4 A7 B7 五、發明説明（2 ) 路鏈路將會消耗較多的功率。再者，作業於高頻率的網路 鏈路所導致的額外功率消耗並不會相對地改良其效能，因 為資料傳輸速率還可能會受限於伺服器與交換器之間的鏈 路實體頻寬之外的其它因素。 個別的伺服器-交換器鏈路的頻寬總合不能超過配置給 該伺服器群集器的整體頻寬。因此，如果配置2〇〇個百萬 位元/秒（Mbps)頻寬的伺服器群集器總共支援2〇個伺服器 ，各伺服器皆連接至具有1〇〇 Mbps鏈路的中央交換器，那 麼便不可能同時讓所有的鏈路都作業於其最大頻寬中。再 者，返端終端機及該伺服器群集器之間的連接線亦可能會 限制Μ伺服器-交換器鏈路的可用頻寬。如果在沒有其它 網路流量期間，終端機透過56 Kbps的數據機連接至該伺 服器群集器（及個別的伺服器）的話，該伺服器-交換器鏈 路可服務該終端機要求的最大頻寬便是56κ^如果該伺服 器-交換器鏈路係作業於100 Mbp^#，那麼便無法充分利 用其頻寬。所以’吾人希望能夠設計一種方法及系統，藉 由響應變動的網路條件動態地最佳化伺服器鏈路的作業頻 率，以動態地保存資料處理網路中的能量消耗。 八 發明概要 上述的大部分問題都可以一種資料處理網路及方法來解 決，在此方法中係動態地調節網路鏈路的作業頻率，以保 存月匕量/肖，並且僅會損失最少的效能。當伺服器網路鍵 路的最大可用頻寬低於該鏈路目前的作業頻率時，該词服 器鏈路的作業頻率便會下降。同樣地，如果該鏈路的最大 -5-

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:用頻寬超過目前的作業頻率時，作業頻率便會提高。在 f中一具體實施例中，該資料處理網路包括一伺服器群集 器，其中。會有一組伺服器裝置連接至一中央交換器。個別 勺伺服器-义換器鏈路可能符合工業標準網路結構協定， 例如乙太網路。剛開始時，可能係根據如IEEE 802.3協定 =所規疋的協商過程，以最大的作業頻率建立該伺服器_ =換器鏈路。接著，該伺服器便會定期性地判斷其鏈路目 W的作業頻率是否超過服務終端機要求所需要的容量，同 時維持所希望的效能。隨即，該伺服器（或交換器）便會調 節其鏈路的頻寬，以滿足目前負載所需要的最低可能作業 頻率進行作業。依照此方式，該資料處理網路便可藉由最 J化其個別伺服器鏈路的作業頻率，降低功率消耗。 圖式之簡單說明 閱讀下面的詳細說明及參考隨附圖式將會更清楚本發明 的其它目的及優點，其中： 圖1所示的係所選擇之資料處理網路特徵的方塊圖； 圖2係更詳細地圖解圖1之資料處理網路的方塊圖； 圖3係更詳細地圖解圖2之處理介面卡的方塊圖；以及 圖4所示的係圖1之資料處理網路中伺服器的作業流程圖。 雖然本發明可能會有各種修改及替代型式，不過在圖式 中仍然透過實例顯示其特定的具體實施例，並且於本文中 作詳細的說明確地說。然而，應該注意的係，本文中的圖 式及詳細說明並非希望將本發明限制於所揭露的特殊具體 實施例中，相反地，本發明將涵蓋在隨附申請專利範圍所

裝 訂

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界足之本發明精神及範疇之内的所有修改、等效例及替代 例。 發明之詳細說明

裝 現在參考圖1，所示的係具有根據本發明具體實施例之 負料處理網路100的選擇特徵的方塊圖。在此圖的具體實 施例中，資料處理網路i00包括一伺服器群集器i01，其係 透過中間的閘道器106連接至廣域網路（WAN)105。WAN 1〇5可能包括數個各種網路裝置，例如閘道器、路由器、 集線器等以及一個或多個可能於範圍極廣的地理區域中連 接的區域網路（LAN)。在其中一具體實施例中，WAN 1〇5 可能代表的是網際網路。 訂

圖中的伺服器群集器1 0 1包括一中央交換器丨丨〇 ,其係透 過網路鏈路200連接至閘道器1〇6。群集器1〇1進一步包括 複數個伺服器，在圖1中所顯示的有四個，分別以元件符 號111-1、111-2、111-3及111-4表示。每個伺服器lu都係 透過專屬的網路鏈路（元件符號為211、212、213及214)連 接至交換器110。 伺服器群集器1 〇 1可能會服務傳送至網路丨〇〇中單一通用 資源指示器（URI)的所有要求。在此具體實施例中，從 105中任何地方傳送至該URI的終端機要求都會經過伺服 器群集器101。交換器110通常包括一要求分配器軟體模組 ，負責將終端機要求遞送至群集器101中的其中一個伺服 器111。該要求分配器可能會採用各種的分配演算法或程 序以最佳化伺服器群集器效能、最小化能量消耗或達到=

583553 五、發明説明（5 些其它目的。舉例來說，交換器110可能會根據下面的情 況將要求遞送給伺服器m :每個伺服器ln目前的負載、 該終端機要求的來源、所要求的内容或其組合。 在其中一具體實施例中，網路鏈路及214 使用的是乙太網路協定。在此具體實施例中，每部伺服器 ill都包括一與乙太網路一致的網路介面卡；而交換器ιι〇 則包括一與乙太網路一致的埠，供伺服器丨丨丨使用。參考 圖2，其係更詳細地圖解一交換器丨1〇及其中一部伺服器Η ^ 的方塊圖。每部伺服器lu都包括一NIC 121，用以連接交 換為110中的對應埠13丨。在適用於本發明的具體實施例中 ，NIC 121及交換器110中的每一個埠131都能夠作業於各 種作業頻率中。舉例來說，在其中一具體實施例中，nic η ^ 及其對應埠131都能夠支援作業於1〇 Mbps、1〇〇 Mbps及 1〇〇〇 Mbps的乙太網路鏈路。市售的交換器已經具有此項 功能’舉例來說，Alteon Web Syst_ (網址：靠〜 alteonwebsystems.c⑽）所售的18〇系列智慧型網路交換器 。同樣地，3Com所售的10/100/1_ pci〇(伺服器網路介 面卡亦具有可作業於不同作業頻率的功能。 飼服器及交換器110都係配置以進行協商，以便達成 其間對應鏈路的作業頻率。在慣用的飼服器群集器結構中 ，僅會在鏈路初始化期間才會進行協商，而且只要咳鏈路 繼續存在，其協商結果（包含該鍵路的作業頻率）便會保持 不變。再者，協商所產生的作業頻率通常都會是交換器、 飼服器及連接介質可接受的最大作業頻率。本發明亦涵蓋 -8 - 183 本纸張尺度適财@ g家標準(CNS) Μ規格(21GX297公爱)- 583553 A7 B7 五、發明説明（6 ) 一種系統及方法，其會響應變動的伺服器群集器條件定期 地修正各個伺服器-交換器鏈路的作業頻率，以達到所希 望的群集器響應效能，同時又可降低該伺服器群集器的作 業成本。 現在參考圖3，其係更詳細地圖解適用於本發明之NIC 121的方塊圖。圖中的NIC 121具體實施例包括一内建的處 理器140，用以與週邊匯流排或伺服器n丨的區域匯流排ι44 介接。匯流排144通常是依照工業標準匯流排協定來實施 ’例如由 PCI Special Interest Group(網址：www.pcisig.com) 之 PCI區域匯流排規格 2 2(pci L〇cai Bus Specificati〇I1 2 2) 中所規定的週邊組件介面（PCI)區域匯流排。NIC 121進 步包括連接至處理器140的緩衝器邏輯141，用以暫時儲 存從網路鏈路2 1 1所接收到的資訊，或暫時儲存欲傳輸至 網路鏈路211資訊。 時脈產生器142會提供基本時脈信號148，用以驅動緩衝 器邏輯141，從而建立網路鏈路211的作業頻率。在所示的 具體實施例中，時脈產生器142能夠在時脈暫存器146之設 疋值控制下，提供各種頻率的時脈信號148。時脈暫存器146 可由處理器140進行程式控制。記憶體143可由處理器14〇 及、爰衝器邏輯14 1存取。記憶體丨43可能包括揮發性儲存體 ，例如慣用的動態或靜態隨機存取記憶體（DRam*sram) ，=及永久的或非揮發性儲存體，例如快閃記憶卡或其它 可電性抹除之可程式唯讀記憶體（EEpR〇M)。 本發明部分則可實現成一電腦程式產品，其包括一組儲 -9-

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存在電腦可讀取介質中的電腦可執行指令。用以儲存指令 的電腦可讀取介質可能包括揮發性或非揮發性的記憶體元 件143。或者’該指令亦可儲存在軟碟硬碟、⑶ D VD、磁f或其它適合的永久儲存設備中。 NIC 121包括軟體，用以透過對應的網路鏈路與交換器 110進行協商，以便建立該鏈路的作業頻率。在伺服器群

裝 集器101的乙太網路具體實施例中，該協商處理軟體通常 都符合IEEE 802.3標準，本文以引用的方式將其併入。符 合乙太網路的NIC及交換器通常都包括建立該網路鏈路作 業頻率的編碼。如前面所示，在慣用的伺服器中，只有在 建立該鏈路時才會執行該編碼。不過，根據本發明的nic 121及其對應埠131則是設計成定期地執行此協商處理編碼 ，以便響應該鏈路頻寬使用的變動情形，修正該鏈路的作 業頻率。

線 參考圖4，所示的係用以控制資料處理網路（例如伺服器 群集器101)中各種鏈路作業頻率的流程圖。當開始建立伺 服器-X換器鏈路時，NIC 121便會啟動（方塊4〇2)協商，本 文稱為最初協商。一般來說，最初協商會建立該些組件能 夠接受的最大鏈路作業頻率。接著，NIC 121便會監視（方 塊404)位於本身與其對應埠之間的網路鏈路使用情形。NIC 121係設計成可發現該伺服器-交換器頻寬中最不未被充分 使用的期間，並且藉此調節該鏈路之作業頻率。 NIC 12 1所監視的鏈路使用情形是透過該鏈路傳輸及/或 接收資料的速率。利用簡單的鏈路等級標準程序便可決定 10- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） c :.-,/87 五、 發明説明（8

此使用情形’在此程序中會定期地決定鏈路使用情形係數 本文亦私為有效的資科速率）。此程序通常會使用累加器 或其它適當的機制，在特定的時間週期中，決定透過該鍵 路傳輸及/或接收的流量數量。該特定的時間週期可能奋 與更新該鏈路作業頻率的定期速率一致。舉例來說，必要 時，如果每十分鐘便必須修正該鏈路的作業頻率，那麼藉 由累加十分鐘内鏈路流量的位元組數量，然後除以600秒 便可知到以位7〇組表V的每秒使用速率^用以修正該鍵 ^作業頻率的定期間隔較佳的係由交換器ug或飼服器⑴ 可私式控制，如此方能改變該特定的時間週期。 線 ^效的傳輸速率實質上可能低於該網路鏈路的作業頻率 ^換器·閘道器鏈路⑽的頻寬所提供的是自別伺服器_ =器鏈路211、212.·等頻寬總合的上限。任何個別飼服 彳$鏈路所而的頻寬都不能超過分配給交換器-間道 :=〇的頻寬。再者’任何個別飼服器-交換器鏈路的 tr 貝料傳輸速率都是以終端機側的頻寬為函數。再活動 所較低時，’词服器111便會服務有限數量終端機 :、要求大部分的終端機都具有明顯的頻寬限制。 二二—器^1正在服務透過慣用的數據機連接至· π早♦ 機所發出的要求時’該伺服器所需要的有 二貝:速率的大小必須在最大的交換器的最大容量之下。 一卜月形中’因為效能會受限於終端機側，因此為極 南的飼服器-交換器鐘致你I 4 · 法提供任何的效能優勢。”化費的高成本，便無 本紙張尺度逋;^國國fi^CNS) -11 583553 A7 B7

五、發明説明 NIC 121係設計成將其網路鏈路的有效資料速率盘 路目前的作業頻率作比較。如果有效資料速 前的鏈路作業頻率差距甚大的話，便必須修正鍵路的二 頻率，使得修正之後的頻率比前面的作業頻率更接斤於 歷。如果在方塊406中判冑出該職實質上低於^作 業頻率的話，那麼在方塊4〇8中NIC 121便會判斷該 否能夠作業㈣低的作業頻率卜如前面所討論的， 121及其對應的交換科較佳的係能夠作業於多個 :中的其中-個。如果NIC 121目前並非作業於其最低顏 率，而且其有效資料速率實質上又低於目前的作業释率的 話，那麼NIC m便可設計成與交換器11〇進行協商:、強迫 (万塊410)該鏈路作業於較低的作業頻率中。 在該伺服器-交換器鏈路為乙太網路鍵路的具體實施例 中，NIC 121可參酌大部分的標準ΙΕΕΕ 8〇2·3的協商協定 ’達到修正作業頻率的目的。此時並不會試圖建立鍵路组 件所能夠接受的最高作業_，取而代之的是，在方塊“Ο 中響應判斷資料速率是否低於作業頻率所進行的協商（稱 為修正協商），會試圖達成一種作業頻率，讓最低的可能 作業頻率與最近所決定的有效資料速率一致。因此，在^ 正協商期間，NIC 121剛開始便會向交換器11〇表示所希^ 的作業頻率。如果叉換器1 i 〇能夠作業於NIC所希望的作 業頻率的話，此頻率便會成為該鏈路的作業頻率。如果交 換器無法接受NIC所希望的作業頻率的話，協商處理便= 決疋出該鏈路可接受的最低作業頻率。 曰 -12- 583553 A7 B7

五、發明説明（10 進行修正協商的次數較佳的係能夠足以調節變動的負载 條件，但是又不會過於頻繁，導致因為過多的協商處理 對效能造成負面的影響。因為IEEE 802.3標準的協商長产 只需要數個毫秒，因此即使相當頻繁地每分鐘都進行^^ _ ，實質上亦不會影響其效能，但是卻能夠相當頻繁地進行 修正，以便非常快速地適應付在的變動。 除了能夠響應較低的頻寬使用情形降低鏈路作業頻率之 外，伺服器群集器101的設計還可響應較高的頻寬使用情 形提高鏈路作業頻率。如果該伺服器在方塊406中判斷出 該有效货料速率並不低於某個特定值或該鏈路目前頻寬容 量的某個特定比例的話，接著（方塊412)其便會判斷該有 效資料速率是否高於該鏈路頻寬容量的某個特定比例。舉 例來說，如果有效資料速率高於該鏈路頻寬容量的9〇%的 話，伺服器便可能會以與上述方塊4〇8及41〇中降低作業頻 率相同的方式’試圖提高（方塊414)該鏈路的作業頻率。 因此’該伺服器便會判斷（方塊413)是否可使用較高的作 業頻率，如果可以的話，便會啟動修正協商強迫（方塊4丨4) 提高作業頻率。提高（或降低）作業頻率之後，伺服器1" 便會重新作業並且繼續監視鏈路的頻寬使用情形，以便於 後面進行改變。依照此方式，伺服器丨丨丨便可不斷地將鏈 路的作業頻率碉節成達成所希望效能所需要之最小值，從 而^低高作業頻率的能量消耗及熱消耗特徵。 无、白具有本揭路優點之技藝的人士將會非常清楚，本發 月涵盖種在飼服器群集器環境中保存能量的系統及方法 -13- 匕【度，響國家標準(CNS) A4規^^^--—

裝 訂

Claims (1)

1. 一種操作資料處理網路之方法，其包括： /在該、肖路的词服器及與該飼服器連接的交換器之間進 行初始協商，Jt由&、，，Λ、 _ /、中这初始協两會建立該伺服器及該交換 器之間的鏈路的初始作業頻率； 根據透過孩鏈路進行交換的網路流量決定該祠服器的 有效資料速率；以及 二應判斷出有效資料速率與該伺服器-交換器鏈路的 目則頻寬相差甚大的結果，進行後面的協商，建立修正 i々作業炎、率，其中該修正後的作業頻率比初始作業頻 率更接近該有效資料速率。 2·如申请專利範圍第i項之方法，其中，該修正後的作業 喪、率疋該伺服器-交換器鏈路能夠接受的最低作業頻率 ，其足以操控該有效資料速率。 3·如申請專利範圍第1項之古 .^ ^ <万法 進一步包括，在該網路 作業期間的特定間陪| + , g语1L 1^ 寸疋门1¾中，反覆地決疋該有效資料速率， 以及在必要時進行後續的協商。 該初始及後續協 4·如申請專利範圍第！項之方法，其中 商都符合IEEE 802.3標準。 5. 如申請專利範圍第η之方法’其中，決定該有效資料 速率包括在特定間隔期間累加代表網路流量的資訊，並 且據此計算出有效資料速率。 、 6. :申請專利範圍第”,之方法，進一步包括，響應判斷 出有效資料速率大於目前頻寬的特定百分比，進行後面 的協商’建立修正後的作業頻率，其中該修正後的作業 "15- 六 申請專利範圍 頻率高於先前的作業頻率。 7· —種資料處理網路，其包括： 一中央交換器； 一祠服器裝置’其包括一處理器、記憶體、以及透過 網路鏈路將該伺服器裝置連接至該中央交換器的網路介 面卡； 用以執行初始協商的編碼構件，其中該初始協商會建 立該網路鍵路的初始作業頻率； 用以根據透過該、鏈路進行傳輸的網路流量決定該伺服 器的有效資料速率的編碼構件；以及 編碼構件，用以響應判斷出有效資料速率與該鏈路的 目則頻寬相差甚大的結果，進行後面的協商，建立修正 後的作業頻率，其中該修正後的作業頻率比初始作業頻 率更接近該有效資料速率。 8·如申請專利範圍第7項之網路，其中，該修正後的作業 頻率是該伺服器-交換器鏈路能夠接受的最低作業頻率 ’其足以操控該有效資料速率。 9·如申請專利範圍第7項之網路，進一步包括編碼構件， 用以在該網路作業期間的特定間隔中，反覆地決定該有 政資料速率，以及在必要時進行後續的協商。 ίο.如申請專利範圍第7項之網路，其中，該初始及後續協 商都符合IEEE 802.3標準。 比如申請專利範圍第7項之網路，其中，以決定該有效 資料速率的編碼構件包括用以在特定間隔期間累加代表 -16-

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   網路流量的資訊的編碼構件，並且據此計算出有效資料 速率。 〃 12·如申請專利範圍第7項之網路，進一步包括編碼構件， 用以響應判％出有效資料速率大於目前頻寬的特定百分 比，進行後面的協商，建立修正後的作業頻率，其中該 修正後的作業頻率高於先前的作業頻率。 13·如申請專利範圍第7項之網路，其中，該初始及後續協 商都係由該中央交換器啟動。 14.如中請專利範圍第7項之網路，其中，該初始及後續協 商都係由該伺服器裝置啟動。 15·—種適用於伺服器群集器中之伺服器裝置，其包括： 至少一處理器； 一可由該處理器存取的系統記憶體； 、’’罔路介面卡，其係設計成透過網路鏈路將該伺服器 裝置連接至中央交換器； 、用以執行初始協商的編碼構件，其中該初始協商會建 立該網路鏈路的初始作業頻率； 。。用以根據透過该鏈路進行傳輸的網路流量決定該飼服 器的有效資料速率的編碼構件；以及 編碼構件，用以響應判斷出有效資料速率與該鏈路的 目雨頻寬相差甚大的結果，進行後面的協商，建立修正 後的作業頻率’其中琢修正後的作業頻率比初始作業頻 率更接近該有效資料速率。 16.如申請專利範圍第15項之飼服器裝置，其中，該修正後 丨 丨中國國家標準(CNS) A4規格 -17- 圍 、申請專利範 :::頻甘率是該词服器交換器鏈路能狗接受的最低作 Λ、率，其足以操控該有效資料速率。 17·:ΓΓ㈣第15項之舰器裝置，進-步包括編碼 心在㈣路作業_的特定間隔巾， 18·:ΠΓ料料，以及在必要時進行後續的協商。 π專利範圍罘15項之伺服器裝置，其中 =資科速率的編碼構件包括用以在特定間隔期間； 2=^^資訊的編碼構件，並且據此計算出有 19·ΐΙ請專利範圍第15項之飼服器裝置，進一步包括編碼 A ’用以響應判斷出有效資料速率大於目前頻寬的特 疋百分比，進行後面的協商，建立修正後的作業頻率， 其中孩修正後的作業頻率高於先前的作業頻率。 20·如申凊專利範圍第15項之飼服器裝置，其中，該網路介 面卡包括-時脈單兀，其係設計成提供一控制該鏈路作 業頻率的時脈信號，並且更進一步其中，用以建立修正 後的作業頻率的編碼構件包括用以程式化時脈暫存器的 、扁馬構件，用以控制該時脈信號的頻率。 -18-

   本紙斤拜郭穿 583553 第091121871號專利申請案 ！ ， 中文說明書替換頁(93年12月） 会;M“ ？ 五、發明説明（11 ) .，—一~一 ，其係藉由最佳化網路鏈路的作業頻率以反映目前的負載 。應該瞭解的是，在詳細說明及圖式中所示及所述的本發 明型式，都僅是較佳的實例。吾人希望將後面的申請專利 範圍廣義地解釋以涵蓋所揭露之較佳具體實施例的所有變化。 元件符號說明 100 資料處理網路 101 伺服器群集器 105 廣域網路 106 閘道器 110 中央交換器 111,111-1 〜111-4 伺服器 120,130,140 處理器 121 網路介面卡 122,143 記憶體 123 橋接器 131 埠 141 緩衝器邏輯 142 時脈產生器 144 匯流排 146 時脈暫存器 148 基本時脈信號 200,211^214 網路鏈路 -14- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐）