TW591370B - Method for managing power consumption in computer servers - Google Patents

Description

591370 玖、發明說明： 【相關專利申請案】 本專：申：案係關於同一天提出申請之共同待審的美國 專J申σ月木第——丨----號（ΙβΜ檔案編號第RPS920〇2〇〇iiusi 號），此處以引用的方式將其相關内容併入本文中。 【發明所屬之技術領域】 本發明-般係關於電源管理，明確地說，其_於多ρ 腦系統的電源管理。更明確地說’本發明係關於—種用：； 理多台電腦飼服器中之電源消耗的方法。 【先前技術】 :源過峨的問題已經不編於特定的電腦系統(例 ° 太空％、境專門設計的電腦系統）中，其亦會發生在一船 用途的電腦系統中。電腦飼服器可支援現今大量工作量(尤又 其是電子商務及網站代管業）的能力會因為其無法有效解決 電源祕及散熱問題而受到限制。散熱問題係因為將大量的 電腦伺服器封閉在一狹小处 ,^ 間中而引起’而電源消耗問題則 ::广亥些電腦伺服器中具有大量高效能處理器而引起。舉 ΓΓΓ十對電子商務及網站代管應用而精密設計出來的現 今笔月自词服器一船：/么山杏/_、 < 、’丁、由數以千部同時運作的電腦伺服器 所、'且成，其佔據數以千平 、勺電月匈至空間，每台電腦伺 服為則都消耗大量的電源瓦數。 勺c用中’低電源處理器可能是上述問題的其中一 二決方式。不過，一般咸信，新興市場可接受的價格 #. 、包細伺服的市場中獲得認同，但是低 電源處理器的效能限告| - 限制取後可能會使其無法進入此種市場 83842 -6 - 此外大里的處理器電源消麵甘韭 的全部電源。^耗亚非—電腦伺服器所消耗 丨电源。圮憶體控制器、配接器、磁 邊裝置都合/由/曰 渠钱、以及其它週 都b使传一電腦伺服器產 可將其忽略。 里的电源消耗，因而不 因此，吾人希望能夠提供一種用 之電源消耗的改良方法。 夕口電細伺服器中 【發明内容】 根據本發明之較佳具體實施例， 前工作晉+ $ Μ π 行决疋出必須符合目 二求的電腦飼服器數[接著便得決定出符合目前 里〶求的被開啟電職服器之最佳熱結構。依照該最佳 ，、、、、、、D構開啟或關閉至少其中-台電腦伺服器。 從下面詳細的文字說明中將會非常清楚本發 的、特點及優點。 【實施方式】 /見在將參考該等圖式，尤其是圖卜圖1為已實施本發明之 較佳具體實施例中的電腦伺服器池之方塊圖。如圖所示，電 腦伺服器池10包括一群被連接至一控制伺服器12的電腦伺 服器lla-lln。每個電腦伺服器Ua-Un都包括一工作量執行 組件、一工作1官理組件、以及一電源控制組件。舉例來說 ，電腦伺服器11a便包括一工作量執行組件16、一工作量測 $組件1 7、以及一電源控制組件1 8。控制伺服器12包括一負 載平衡網際網路協定（IP)分配器丨4以及一電源管理組件^ $ 。IP分配器14可提供單一個IP位址給「外界」，並且從「外 界」（即電塍伺服器池1 〇的外面）遞送要求給任何一台電腦伺 83842 服器lla-lln，以平衡電腦伺服器Ua_Un之間的負載。 吾人可觀察到電腦伺服器池（例如圖丨中的電腦伺服器池 10)中的電子商務及網站瀏覽工作量都具有特定的特徵函數 ^ 吏其能夠高度接受電源管理技術。首先，電子商務及網站 瀏覽工作量都會呈現出週期性的行為，其尖峰工作量實質上 會高於最小卫作量’甚至高於平均卫作量。舉例來說， '電子 商泰及網站覽工作量的動態範圍通常都是⑺的倍數，也就 是，尖峰工作量可能是最小工作量的十倍。其次，由於電子 :務及網站劉覽應用之使用者會受到一寫蜂心態因素的影 曰15 ^此可能會從最小工作量瞬間轉變成最大工作量（或反 。、文又）第二’電子商務及網站瀏覽工作量係高度的平行 :且谷易達成負載平衡。第四，伺服器要求都非常短暫， 子苴報 ：特疋剩服器被「宣告無效」（即不再賦 ^ —的工作！）的話，其使用率將會快速地下降；反之如 作旦°新的電b ^服器上線的話，亦可輕易地遞送新的工 作=該台電腦词服器，而且其使用率將會快速地上升。 作迻作里屬性意味著可以對該電腦伺服器池整體運 休眠模擊的方式來開啟及關閉(包括省電模式’例如 …卜眠核式)每台電腦伺服器。因此，本發明提供 的方法’以便將乍…理電腦飼服器之電源消耗 。根據本發明之;？的情形及電源消耗降低 七月之較佳具體實施例， (1)必須測量_ 員疋群組内所有電腦伺服器的工作量； 83842 ()力須決·定出該預定群組内稍後必須被開啟或被關閉的 特定電腦伺服器； ()必須刼控目前的系統及工作量管理功能，以便卸除即 將關閉之電腦伺服器的負載；及 ()利用目岫的系統管理介面來開啟或關閉該特定的電腦 伺服器。 、甩細伺服器的工作量可以利用下面的使用率指標加以 測量： i處理器使用率； 11實際記憶體使用率； 111區域網路配接器頻寬使用率；及 iv硬碟頻寬使用率。 上述的使用率指標可以輕易地從一作業系統中測量出來 。舉例來說，就Microsoft⑧Windows®作業系統而言，可以從 勺放月b。十數為中推算出使用率指標。就[丨加义作業系統 則可以從駐留在/pr〇c目錄結構内的資料中推算出使 用率指標。 旦測置出該工作量之後，便必須使用電源管理方法決定 出應該開啟或關閉哪台電腦伺服器，以及決定出應該何時進 仃。本發明之較佳具體實施例中便設計出三種法則以達成上 W的電源官理方法，也就是增益型法則；以先前觀察到之工 作量的短暫特徵函數為基礎的法則；以及自動調整的增益刑 法則。 土 1 ·增益型法則 83842 591370 …在，考圖2目2為根據本發明之較佳具體實施例，用以 官理一電腦伺服器之電源消耗之增益型法則的關係圖。增益 糊會試圖估算出-電腦編池(例如圖丨的電腦伺服 =也10)於最近時間中的工作量容量包絡線2〇。該電腦伺服 2中至少有—電腦伺服器將會被開啟或被關閉，以將該電 細伺服池的目前容量保持在容量包絡線20範圍内。其投影 時，等於開啟-電腦伺服器所需要的時間加上讓該電腦词 服态備文以進行工作所需要的時間。藉由將目前的工作量加 入到以k取樣窗25(即工作量歷史資料)中觀察到的最大取 樣至取樣偏差為基礎所產生的推升量中，然後再取其投影值 之：便：產生容量包絡線20的下限21(即特定的目前工作量 :需的最小容量值)。藉由將目前的工作量加入到以從取樣 f 25中觀察到的最大取樣至取樣偏差為基礎所產生的超出 量中’然後再取其投影值之後便可產生容量包絡線20的上限 23(即特定的目前工作量所需的最大容量值）。推升量等於推 升增益乘以最大取樣至取㈣差值，而超出量料於超出增 鉦乘以最大取樣至取樣偏差值。如果目前容量介於下限h 及上限23之間的話’那麼便不必採取任何動作。如果目前容 置低於下限21的話，那麼便必須排程開啟該電腦伺服器池中 至少-台電腦伺服器。如果目前容量高於上限23的話，那麼 便必須排程關閉該電腦伺服器池中至少一台電腦伺服器。 舉例來說，如果目前容量為11 〇〇個工作量單位、目前工作 量為1000個工作量單位、取樣窗為2〇個取樣、推升增益為 20%、超出增益為1〇〇%，那麼便可以下面的方式執行該增益 83842 -10- 591370 型法則：_ (1) 選擇一取樣窗，並且計算出該被選定取樣窗内該等取樣 的最大取樣至取樣偏差值（DV)。舉例來說，如果最低 的工作量取樣為10、最高的工作量取樣為210,那麼DV 等於 210 - 10 = 200。 (2) 計算出投影容量包絡線。 下限=目前工作量+推升增益*DV =1000 + 20% * 200 = 1040. 上限=目前工作量+超出增益*DV =1000 + 100% * 200 = 1200. (3) 依此調整目前容量。因為目前容量為丨1〇〇，大於下限但 小於上限，因此不必採取任何動作。如果目前容量低於 1 040的話，那麼便必須開啟一台以上的電腦伺服器，以 便將目前容量保持在該投影容量包絡線範圍内。如果目 前容量大於1200的話，那麼便必須關閉一台以上的電腦 伺服器，以便將目前容量保持在該投影容量包絡線範圍 内。 請注意，如果工作量保持不變，而且上限23等於下限h 的話，那麼便必須在每個取樣點處交替地開啟或關閉該電腦 词服益池内的所有電腦伺服器。 增益型法則的優f數是正規化至所有的電腦 開啟時的能量消耗 旦 。。都被 肖耗之後的此里祕’而“不足相對於全部 、王口而求則可經過適當調整以產生介 。取揭宗p ^ 1 1之間的數值 7 、隹升增应以及超出增益都係該增益型法則效 83842 -11 - 591370 能的基本參數，因此使用者必須審慎地加以選擇。 Π·以紐暫特徵函數為基礎的法則 增益型法則因為益法預測 制取樣自中的變化情形，所以通常 …、法應付瞬間大量的工作量。 或每㈣“ 卞里的工作量尖峰都是每週 A母日的反覆性工作，例如每 … 母曰眭的備份。大部份的情形中 週性的± &母週及母日的主要卫作即可。就非每日性或非每 性來說’則可進行類似自相關的計算，決定出週期 的工作夏，並且藉此界定出該等時段。 =暫特徵函數為基礎的法則必須收集前面時段中的工 ^ I貧其特徵函數為㈣前㈣段為基礎取得後面時段 j作里，亚且以該特徵為基礎來設定開啟/關閉排程表。 :種方法的好處為在反覆性工作量中出現瞬間大量之前，便 =推測方式開啟電腦伺服器。在此法則的其中_種可能的 見現方式中’可將一星期（一個時段）分割成7x24的小時區段 據於°亥生期中所觀察到的工作量，吾人便可計算出每一 们小日寸區段所需要的容量，並且事先規劃“統容量的排程 舉例來說，如圖3所示，圖中已經測量出星期二早上及 " 免上之間的電腦伺服器池之工作量，如此便可建立下 戶星2的電源管理排程表。圖3之工作量中的實線3q表示的係 斤而要之谷$與時間的關係曲線。在後面的數星期中，該項 2紐暫特徵函數為基礎的法則可藉由在工作量瞬間提高之 、 欠黾恥伺服态，以確保能夠在產生容量需求之前運用該 5破包絡線所要求的容量。另外，當工作量隨著時間而改變 守4去則便會持續地重新特徵化該工作量，以符合最近的 83842 -12- 591370 工作量行為表現。 “X生增显型法則表示必須提高容量 ，便可取消由該項以短暫特徵函數 緊4况知 靜能容詈排&本, 双马基礎的法則所產生的 表。舉例來說’如果該排程表表示在下一個時 間又中需要特定的容量，但是上 祕 要有更大的容量的1，那府杨 9廉孓法則郃表示需 容量。 的5舌那麼便可使用該增益型法則所表示的 明該項以短暫特徵函數為基礎的法則之其中-:的=广該法則會配合-工作量測量組件(例如圖1 源控制組件18)進行運作。亨制Γ件（例如圖1中的電 Μ 作里測置組件會測量其中一 ==:點之間的使用率差異’其目的係侦測且記錄短期法 ^如心型法則）未涵蓋U作量尖峰，以作為未來的參 ，尤且則置方式係藉由備測出使用率差異是否大於-預設值 果=來設定旗標，以作為未來的參考。舉例來說，如 ^近的取樣大於前面的取樣超過—特定量（稱為上臨界） ; 工作置測買組件便會在該特殊時間點中設定-旗 Γ旦表不在其中一扣掉—取樣間隔的時段中應該增加的額外 ΓΓ在其中—扣掉—取樣間㈣時段中排定欲增加的額外 2係取決於最近取樣及次近取樣之間的差異。如果最近的 2小於前面的取樣超過-特定量（稱為下臨界）時，那麼該 」量測量組件便會在該特殊時間中設定一旗標，表示從目 則日守間算起在—扣掉—取Μ > 取樣間隔的時段中應該移除的容量 。§亥工作量測量組件會針對每個單一取樣執行上述的特徵 83842 -13 -

函數運算，並且將处I ^ 肘、、、。果储存起來，以作為未來的參考。 该電源控制組件會根 1 樣點的容量。在每個取2 1叫的使用率來調整下個取 柃&中之時間點的旗標。 去 六旦 果4寺旗軚表不必須增加或移除 …，那麼容量調整組件便會執 ： 個時段。舉例來說， 、1知了此曰有多 .,,^ 了犯b王現出可被偵測出且加以 φί 及母月的反覆特性。因此，該電源控 制組件便必須檢查過去 卜 々母天、母一星期、甚至每一個月 ，以便產生容量調整氺—门4 母個月 手统可能合…^ 樣細密度的關係，該監視 乐、况J此會揲法預測出_ Η K的爐挪士 大峰的出現。因此，當計算特定時 曰 1”、、，該法則除了檢查該 曰k e a 丁 ”、、£的下一個取樣之外 ’取子疋此夠檢查該時間點之後的數個取樣。 III·自動調整的增益型法則 推升增益、趙屮御、，π 出曰皿、以及取樣歷史資料 一 維的搜尋空間，竽赤鬥人士 丁十人J白包括一二 Μ工間含有一取決於 能量消耗盥需长不, 作里特被函數以及 /、而求不足之相關權數的最佳優質數。一 在此搜尋空間内尋求該肚 、 、又來况’ 且絕對不適用”… 的取佳值都相當地繁靖，而 U用於5亥％域中的所有工作 «’便有人研究出—種自動調 二理策略。所 作量取樣，針對大量的推升增益、超::：則:其可根據工 資料大小數值組計算ζ Μ及取樣歷史 便可搜尋呼趴，虹 /、而衣不足。接著，該方法 便了技心亥輸入數值組，以 化該優質數的ή + 十對3亥知·定工作量最佳 “數的s…直。一般來說， 所以可以尨田P / 队心工間非常小， 才木用任何的搜尋方法，甚 —τ使用竭盡式列舉法。 83842 -14- 591370 該項自動調羞方式的最大優， 域中的任何工作量，甚至可=於=可動態峨 睥P…U , 動悲地適應任何特定系統中隨著 呀間而產生的工作詈變於。 ^ ^ 的泰# 杳θ / 、勺目標在於讓電腦伺服器 々电源4耗班置地遵循該等電腦伺服器的工作量。 ，在茶考圖4,圖4為根據本發明之較佳具體實施例，用以 t疋應該開啟及/或關閉哪個電腦伺服器之方法的高階邏輯 流程圖。本流程從方塊4。開始，在方塊41中會先決定出j 腦词服器池内必須符合目前工作量需求的電腦飼服器數量 者，在方塊42中會取得該電腦伺服器底座_特徵。每 個電腦伺服器底座可能包括數台電腦伺服器，利用每個電腦 ㈣斋底座内含的熱感測器便可取得該電腦饲服器底座的 熱特徵(例如熱點及冷點)。或是，電腦伺服器底座内的每台 電腦伺服器亦可具有自己的熱感測器，因而可追蹤每台電腦 伺服器的熱特徵。在方塊43中會決定被開啟（或被m)之電 腦籠器❹内每台電腦伺服器的相對位置。舉例來說，如 果於一電腦飼服器底座内以直線方式排列十部電腦飼服器 的洁’那麼便必須確定被開啟之每台電腦飼服器的相對位置 ，例如從該電腦伺服器底座左邊算來第三台電腦伺服器。接 著在方塊44中會決定出該電腦伺服器底座内任何故障的冷 部I置。在方塊45中會決定出該電腦伺服器底座内之冷卻裝 置的貫際位置。在方塊46中會根據上述的資訊計算出符合目 前工作量之已開啟伺服器的最佳熱結構。最後，在方塊47 中會根據所計算出來的最佳熱結構結果開啟或關閉至少其 中一台電腦伺服器。 83842 591370 現在參考圖5，圖5為根據本發明之雕♦ 1土 -、月丑見方也例，用以 決疋被開啟之電腦伺服器的最佳埶处 ^ π …、、、'σ構之方法的高階邏輯 ^程圖。假設一電腦伺服器池内可用的電腦伺服_ Μ，必須符合目前工作量的電腦伺服器數量為n。本流程從 方塊50開始，在方塊51中會產生一機率分佈函數，用以提供 該等Μ台電腦伺服器中之每一台電腦飼服器一可被開啟的 機率。舉例來說，該等Μ台電腦伺服器中之每一台電腦飼服

續具有相同的機率i ;不過位於冷卻裝置(例如風扇)附 近的電腦词服器則可能具有較高的機率2或3,因此當需要電 月白伺服器時，該些電腦伺服器被開啟的機率將會比較高。接 :’在方塊52中將變數count設定成完全被開啟之電腦伺服

為的數量。接著便在方塊53中判斷該變數c〇unt*否小於N 。如果變數count小於N的話，在方塊54中便會利用該機率分 佈函數，從所有被關閉之電腦伺服器中隨意地選擇一電腦伺 服器。接著便在方塊55中開啟所選擇的電腦伺服器。

但是，如果變數count不小於N的話，那麼在方塊56中便會 判斷該變數count是否大。如果變數c〇unt大於N的話，在 束5 7中便會利用该機率分佈函數，從所有被開啟之電腦伺 服器中隨意地選擇一電腦伺服器。接著便在方塊58中關閉所 每擇的電腦伺服器。當count等於N的時候便離開該程序。 如上所述，本發明可提供一種用以管理多台電腦伺服器中 之電源消耗的方法。 5月特別注意，雖然已就全功能電腦系統背景來說明本發明 ’但是熟習本技術之人士應明白，其實亦能夠以各種形式的 83842 -16- 591370 程式產品來分散本發明的機制，並且應明白，本發 用於用以真正執行該分散效果 水、 ^ Ί類型的載有作缺 月豆。載有信號之媒體的範例包括（但 " ’、 體(例如磁碟片或⑶-R0M)、傳逆㈣於）可％取類型之媒 位通信鏈路）。 #^型之媒體（例如類比或數 雖然已經參考本發明之較佳具體實施 說明’不過熟習本技術之人士應知道各種變更的及 ，而不會脫離本發明的範·。 -更的形式及細節 【圖式簡單說明】 參:上：圖解具體實施例的詳細說明並 :易明白本發明以及使用本發明的較 :： 的目的和優點，其令·· 赶主八進步 圖1為已實施本發明之較佳 之方塊圖； /、體A例中的電腦飼服器池 圖2為根據本發明之較佳具 服哭之恭、、/i 4 k U 用以官理一電腦伺 …她之增益型法則的關係圖； 圖3為於星期二早上及星 範例； 日免上之間所測量到的工作量 圖4為根據本發明之較 及、月且男、她例，用以決定應該開啟 =:電腦伺服器之方法的高階邏輯流程圖；及 圖5為根據本發明之較 電腦伺服器的最㈣^ 以例’用以決定被開啟之 取彳土熱結構之方法的高 【圖式簡單說明】 k輯肌私圖 1〇 電腦伺服器池 83842 -17 - 591370 lla-lln :電腦伺服器 12 控制伺服器 14 網際網路協定分配器 15 電源管理組件 16 工作量執行組件 17 工作量測量組件 18 電源控制組件 20 容量包絡線 21 下限 23 上限 25 取樣窗 83842

Claims (1)

1. 拾、申請專利範圍： 法 種用以管理多台電腦伺服器中之電源消耗之方法，該方 包括： ~ 决疋出必須符合目前工作量需求的電腦伺服器數量； 最 決定出符合該目前工作量需求之被開啟電腦伺服器之 佳熱結構；及 依照該最佳熱結構開啟或關閉該等電腦伺服器中至少 一電腦伺服器。 的 请專利範圍第丨項之方法，其中決定最佳熱結構進一 步包括： 決2出容納該等電腦伺服器之底座的熱特徵；及 决定出。亥等電腦伺服器中何者目前被開啟。 Π請專：範圍第2項之方法，其中決定最佳熱結構進一 二匕括決疋出冷卻裝置於該容納該等電腦伺服器之底座 内的實際位置。 4 如申請專利範圍第3項之方 Η ^ , 之万法其中決疋农佳熱結構進一 5. V G括決定出任何故障的冷卻裝置的實際位置。 一種常駐於一電腦可運 Μ 用嫖肢之上用以官理多台電腦伺 月k态中之電源消耗之雷您 月托之Ag式產品，該程式產品包括： 用以決定出必須符人曰乂 τ ^ θ ^丄 旦aa i "刖工作置耑求的電腦伺服器數 置的程式碼構件； 用以決疋出符合目前工你旦 乍里茜未之被開啟電腦伺服器 之琅佳熱結構的程式碼構件；及 用以依照該最佳熱結構開― 再開啟或關閉该寻電腦伺服器中 至 >、一電腦伺服器的程式碼構件。 83842 591370 7. 6·如申請專利範圍第5項之電腦程式產品，其中用以決定最 佳熱結構的程式碼構件進一步包括·· 、用以決定出容納該等電腦伺服器之底座的熱特徵的程 式碼構件；及 用以决疋出該等電腦词服器中何者目前被開啟 碼構件。 ^ 如申#專利乾圍第6項之電腦程式產品，其中用以 佳熱料之程式碼構件進—步包括用以決以冷卻= 於δ亥合納3亥寺電腦伺服器之底座内的實際 構件。 式碼 8. 如申凊專利111圍第7項之電腦程式產品，其中 佳熱結構之程式簡件進—步包括用以決定 的冷卻裝置的實際位置的程式碼構件。 用以決定最 出任何故障 83842