TWI639088B - 用於機架空間功率利用的方法、系統及非暫時性電腦可讀媒體 - Google Patents

用於機架空間功率利用的方法、系統及非暫時性電腦可讀媒體 Download PDF

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Abstract

將一或多個電腦處理應用程式之執行個體分配給耦接至一網路的複數個終端處理系統中之終端處理系統的子集。每一應用程式可由一或多個遠程用戶端裝置經由該網路來存取。每一用戶端裝置具有一或多個相關聯的使用者。每一應用程式具有相關聯的功率消耗設定檔，且根據該等功率消耗設定檔以及該複數個終端處理系統之一總功率消耗容量來將該等執行個體分配給該等終端處理系統。以最佳化分配給該複數個終端處理系統的每單位功率使用者數目之方式來將該等執行個體分配給該等終端處理系統。

Description

用於機架空間功率利用的方法、系統及非暫時性電腦可讀媒體
本揭示案之態樣係關於分散式計算。本揭示案之其他態樣係關於分散式計算中的功率管理。
已在多種計算服務中採用雲端計算，該等計算服務包括遠程資料儲存解決方案、音樂及視訊串流傳輸服務，以及多種其他消費者及商務解決方案。一般而言，雲端計算提供若干眾所周知的益處，該等益處包括經由使用共用資源而增加效率、增加存取內容時的靈活性而不限於特定裝置、當硬體升級變得可用時降低前期成本，以及其他優點。
伺服器設施通常包括位於建築物中的複數個機架。每一機架可含有複數個處理系統，本文中有時將處理系統稱為終端系統。一些終端系統可包括專門組配的處理硬體，該處理硬體可在一或多個應用程式上運行。一些 終端系統可包括用於資料儲存的大規模儲存系統。伺服器設施可包括伺服器控制器，該伺服器控制器將處理負載及/或儲存負載分散至終端系統。伺服器控制器及終端系統經由對應的網路介面耦接至網路。遠程定位的使用者可經由網路來存取機架中之終端系統的處理容量或儲存容量。
由應用服務提供者操作終端系統。給定之應用服務提供者可在伺服器設施處的機架中之一或多者中具有一或多個終端系統。在一些情況下，給定設施處的所有機架中的所有終端系統可專用於單個應用服務提供者。
儘管應用服務提供者可擁有機架中的終端系統，但應用服務提供者常常不擁有為其終端系統提供機架空間的伺服器設施。更常見地，單獨的伺服器設施提供者操作並維護伺服器設施，且一或多個應用服務提供者為其終端系統租用機架中的空間。伺服器設施提供者可提供機架，向機架提供電力，並且為機架提供冷卻。伺服器設施提供者之運行伺服器設施的成本部分取決於用來運行機架上之系統的電力，且部分取決於冷卻機架的成本。取決於由伺服器設施中的所有機架產生之熱量以及冷卻系統之熱力效率，冷卻機架的成本可顯著大於運行機架上之系統的成本。此外，伺服器設施提供者每月向機架使用者收取固定費用以支付冷卻成本係常見的。
例如社交網路或線上遊戲服務之許多應用服務提供者需要大量終端系統來接納大量使用者。此類大型應用服務提供者往往常常將其終端系統分散於若干伺服器 設施中。可進行此分散以在地理上分散該等應用服務提供者的終端系統，以提供冗餘度及安全性。
本揭示案正是在此情境中出現的。
根據本揭示案之態樣，可將一或多個電腦處理應用程式之執行個體分配給耦接至網路的複數個終端處理系統中之終端處理系統的子集。每一應用程式可由一或多個遠程用戶端裝置經由網路來存取。每一用戶端裝置具有一或多個相關聯的使用者。每一應用程式具有相關聯的功率消耗設定檔，且根據該等功率消耗設定檔以及複數個終端處理系統之總功率消耗容量來將執行個體分配給終端處理系統。以最佳化分配給複數個終端處理系統的每單位功率使用者數目之方式來將執行個體分配給終端處理系統。
99‧‧‧區域通信鏈路
102‧‧‧終端系統
104‧‧‧機架
106‧‧‧資料中心控制器
108‧‧‧專用機架
112‧‧‧用戶端裝置
114‧‧‧計算系統
120‧‧‧應用服務提供者系統
199‧‧‧網路
SW1、SW2‧‧‧軟體
NWI‧‧‧網路介面
App2、App3‧‧‧軟體程式
U1、U2、U3‧‧‧使用者
202‧‧‧計算系統
252‧‧‧輸入封包
254‧‧‧輸出封包
270‧‧‧處理器
272‧‧‧記憶體
274‧‧‧程式
276‧‧‧資料匯流排
277‧‧‧資料
278‧‧‧支援電路
279‧‧‧輸入/輸出電路
280‧‧‧電源供應器
281‧‧‧時鐘
282‧‧‧快取記憶體
284‧‧‧大容量儲存裝置
286‧‧‧顯示器單元
288‧‧‧使用者介面
290‧‧‧網路介面
299‧‧‧區域通信鏈路
藉由結合隨附圖式考慮以下詳細描述，可容易地理解本揭示案之教示，在圖式中：圖1A至圖1B為例示在本揭示案之態樣之情境內用於遠程計算的資料中心之概念之示意圖。
圖2為例示根據本揭示案之態樣的經組配來實現功率利用分散之計算系統之實例的示意圖。
圖3為描繪根據本揭示案之態樣的用於功率利用分散 之方法之實例的流程圖。
儘管以下詳細描述出於例示之目的含有許多特定細節，但是任何一個一般熟習此項技術者將瞭解，對以下細節之許多變化及變更在本發明之範疇內。因此，以下所述本發明之示範性實施例係在對所主張發明沒有任何一般性損失的情況下且對所主張發明不強加限制的情況下闡述。
介紹
根據本揭示案之態樣，有可能計算對給定機架針對一或多個應用程式的功率使用之限制，並且根據其使用者或多個使用者的每一應用程式之功率設定檔來平衡機架處的功率負載。每一功率設定檔之特徵可在於例如用於應用程式之峰值功率使用、平均功率利用以及用於功率利用之分散特性(例如標準偏差)。應用服務提供者可隨後更大程度地利用其機架中之每一者，此係藉由基於功率使用設定檔來最佳化將處理負載分散給其機架，以便每單位功率接納最大數目個使用者。藉由用於給定機架或機架系列之已知處理負載分散，應用服務提供者可基於預期需求在機架上預載入並啟動應用程式，並且在使用者請求存取應用程式時將使用者指派給彼等應用程式。
在一些實行方案中，若歷史功率使用資料預 測出總功率使用不會超過功率容量，則可將應用程式指派給終端系統，其中總峰值功率超過功率容量。
為更好地例示本揭示案之各種態樣，圖1A及圖1B中描繪資料中心100之第一例示性實例。資料中心100包括本文中稱為終端系統102的複數個計算裝置，該等終端系統102經由諸如網際網路之網路199連接起來。終端系統102安裝在機架104中，其中每一機架接納有限數目個終端系統。資料中心100亦可包括可位於專用機架108中之一或多個資料中心控制器106。終端系統102及資料中心控制器106可取決於處理負載而個別地利用相對小的功率量，例如幾瓦特至約100瓦特，但具有數百個機架104之資料中心100上的總體功率負載可潛在地超過1百萬瓦，每一機架具有數十個終端系統102。此外，終端系統102及資料中心控制器106共同產生大量熱，從而可能不利於此等系統之處理組件的操作。因此，資料中心100通常包括例如空氣調節系統之冷卻系統110，以保持此等處理系統較冷。
終端系統102可經由諸如資料匯流排或區域網路(LAN)之區域通信鏈路99與資料中心控制器106通信並且彼此通信。終端系統102及資料中心控制器106可經由網路199與遠程用戶端裝置112通信。用戶端裝置112可包括計算系統114，例如個人電腦、膝上型電腦、專門組配的遊戲控制台或其他具備網路功能的裝置。用戶端裝置112亦可包括行動裝置，諸如智慧型電話、平板電腦、 可攜式遊戲裝置。在一些實行方案中，每一終端系統102可經組配來經由網路直接與用戶端裝置112通信。在其他實行方案中，資料中心控制器106可經由網路介面NWI來管理終端系統與用戶端裝置之間的網路通信。
終端系統102可經組配來為用戶端裝置提供處理功率及/或資料儲存空間。使用者U1、U2、U3可經由用戶端裝置112請求存取此類終端系統資源。每一使用者可具有專用的用戶端裝置。或者，一些用戶端裝置可接納兩個或兩個以上使用者。終端系統102可經組配來藉由執行本文中稱為應用程式的軟體程式App 1 、App 2 、App 3 來提供專門服務，該等專門服務利用終端系統的資源，例如資料處理資源及/或資料儲存資源。應用程式在用於使用者之終端系統上的執行在本文中被稱為「應用程式之執行個體」或「應用程式執行個體」。使用者可使同一應用程式的一個以上執行個體在給定時間在一或多個終端系統上運行。一些使用者可使兩個或兩個以上不同應用程式之執行個體在同一時間在一或多個終端系統102上運行。
資料中心控制器106可回應於經由用戶端裝置112來自使用者U1、U2、U3的請求而執行軟體SW 1 來管理應用程式執行個體至終端系統102的分配。例如，資料中心控制器106可儲存應用軟體之複本，並且在分配執行個體時將複本散佈至終端系統102。在一些實行方案中，遠程應用服務提供者系統120可經由網路199與資料中心100及用戶端裝置112通信，並且遠程管理用於與提 供者系統相關聯的應用程式之應用程式執行個體之分配。應用服務提供者系統120可執行軟體SW 2 來管理應用程式執行個體至終端系統102的分配。儘管圖1A至圖1B中僅展示單個應用服務提供者系統120，但熟習此項技術者將認識到，可存在多個應用服務提供者系統120，該等應用服務提供者系統120可管理用於不同對應的應用程式之應用程式執行個體之分配。
如上所述，資料中心100及應用服務提供者系統120常常由不同實體擁有或操作。資料中心100及應用服務提供者系統120之操作者的關鍵擔憂在於功率消耗。資料中心100之操作者具有由運行終端系統102及資料中心控制器106所需要之功率引起之可變功率成本，及用來為冷卻系統供電並維持冷卻系統之固定功率成本。資料中心操作者時常以每一機架固定租金的形式將此等成本攤派給應用服務提供者。應用服務提供者通常需要針對租用給定機架104的成本而接納最大數目個使用者。然而，給定機架通常無法接納無限數目個終端系統或應用程式執行個體。此外，給定機架104在其可提供給機架內之終端系統102的功率量方面通常有限。
本揭示案之態樣認識到，並非所有的應用程式或應用程式執行個體均要求來自給定終端系統的相同功率量。考慮到此瞭解，有可能最佳化應用程式執行個體至資料中心中之給定終端系統組的分配以最佳化功率利用。
系統
本揭示案之某些態樣包括系統，該等系統經組配來以每單位功率接納最佳數目個使用者之方式實現功率利用分散。藉由舉例而非藉由限制方式，圖2示意性地描繪根據本揭示案之某些態樣之可能的計算系統202，該計算系統經組配來實現功率利用分散。在某些實行方案中，計算系統202具有與上文關於圖1A及圖1B所描述的資料處理中心控制系統106或應用服務提供者系統120中之一或多者共有的一或多個態樣。在某些實行方案中，計算系統202可組配有適合的軟體及/或硬體來實現以下關於圖3所描述的方法之各種態樣。系統202可為伺服器、嵌入系統、行動電話、個人電腦、膝上型電腦、平板電腦、可攜式遊戲裝置、工作站、遊戲控制台、諸如智慧型手錶之隨身裝置，及類似者。
根據某些實行方案，系統202可為例如雲端計算伺服器的資料中心200之部分，且可經組配來使用適合的電腦網路通信協定經由網路199將資料串流提供給用戶端裝置。藉由舉例而非藉由限制方式，資料中心200可經組配來經由網路199將即時資料串流提供給至少一個用戶端裝置，該即時資料串流諸如即時音訊串流、即時視訊串流或即時音訊/視訊串流，該網路可為諸如網際網路之廣域網路(WAN)。在所例示實例中，系統202可經由諸如資料匯流排或區域網路(LAN)之區域通信鏈路299與資料中心200中的其他系統通信。系統202可經由區域通信鏈 路299及網路介面NWI連接至網路199，此連接可藉由資料中心控制器106來實現。
系統202可經組配來經由網路199自一或多個遠程用戶端裝置112接收呈輸入封包252形式的輸入資料。系統202可對輸入封包中之資料執行處理且產生對應的輸出，該輸出可以輸出封包254的形式傳輸至用戶端裝置112。
系統202可包括一或多個處理器單元270，該等處理器單元可根據眾所周知的架構來組配，該等架構諸如像單核心、雙核心、四核心、多核心、處理器-共處理器、單元處理器(cell processor)，及類似者。系統202亦可包括一或多個記憶體單元272(例如RAM、DRAM、ROM，及類似者)。處理器單元270可執行可儲存於記憶體272中的一或多個程式274，且處理器270可例如藉由經由資料匯流排276存取記憶體而操作性地耦接至記憶體272。記憶體單元272可包括資料277，且處理器單元270可利用資料277來實現程式274。程式274可包括指令，該等指令在由處理器執行時，在一或多個終端系統當中執行與功率利用相關聯的一或多個操作，諸如像一種具與以下所論述之圖3之方法300共有的一或多個特徵的方法。例如，程式274可包括指令，該等指令在由處理器270執行時，使系統202將一或多個電腦處理應用程式APP 1 、APP 2 、APP 3 之執行個體分配給終端處理系統102中之一些。每一應用可具有相關聯的功率消耗設定檔。根據功率 消耗設定檔以及用於複數個終端處理系統之總功率消耗容量來將執行個體分配給終端處理系統102。功率設定檔可儲存為資料277之部分。以最佳化分配給複數個終端處理系統的每單位功率使用者數目之方式將執行個體分配給複數個終端處理系統。
系統202可實現為與資料中心控制器106及終端系統102分離的獨立系統。或者，資料中心控制器106可經組配來執行適合的軟體SW 1 ，該軟體在被執行時，實現上文所描述之功能。此外，終端系統102中之一或多者可經組配來執行實現此等功能之適合的軟體。此外，經由網路199與資料中心200通信的遠程應用服務提供者系統120可實現此等功能。
系統202亦可包括眾所周知的支援電路278，諸如可例如經由匯流排276與該系統之其他組件通信的輸入/輸出(I/O)電路279、電源供應器(P/S)280、時鐘(CLK)281以及快取記憶體282。系統202可視需要包括大容量儲存裝置284，諸如磁碟機、CD-ROM碟機、磁帶機、快閃記憶體或類似者，且大容量儲存裝置284可儲存處理指令(例如程式274)及/或資料277。系統202亦可視需要包括顯示器單元286。顯示器單元286可呈以下形式：陰極射線管(CRT)、平板螢幕、觸控螢幕，或顯示文本、數字、圖形符號或其他視覺物件的其他裝置。系統202亦可包括使用者介面288以促進該系統與使用者之間的交互。使用者介面288可包括鍵盤、滑鼠、光筆、遊戲 控制墊、觸控介面或其他裝置。使用者介面亦可包括音訊I/O裝置，諸如揚聲器及/或麥克風。使用者介面288之部分可包括圖形使用者介面(GUI)，該GUI可顯示於顯示器單元286上，以便促進與系統202之使用者交互。在一些實行方案中，顯示器單元可包括簡單狀態指示器燈(例如發光二極體)，且該等指示器燈可包括開關及/或按鈕。
系統202可包括網路介面290，該網路介面經組配來允許使用Wi-Fi、乙太網路埠或其他通信方法。網路介面290可併入適合的硬體、軟體、韌體或其某種組合，以促進經由電信網路的通信，且可根據本揭示案之某些態樣來支援使用不可靠的協定之資料輸送。網路介面290可經組配來經由區域網路及諸如網際網路之廣域網路來實現有線通信或無線通信。系統202可經由一或多個資料封包經由網路來發送並接收資料。
以上組件可以硬體、軟體、韌體或其某種組合來實現。
方法
上文所描述之系統可實現一種功率分散方法，該方法之非限制性實例展示於圖3之流程圖中。方法300可包括以下可選階段：在302處指示的收集應用程式功率設定檔，以及在304處指示的收集應用程式使用資訊。應用程式功率設定檔可包括關於用於給定應用程式執行個體之一或多個執行個體之功率使用的資訊，該應用程 式執行個體在給定類型之終端系統上運行。可藉由在不同條件下在給定類型之終端系統上運行應用程式之執行個體以及監測該終端系統所消耗的功率來獲得此資訊。不同條件的實例可包括但不限於：每一執行個體之不同使用者數目、用於計算、圖形或聲音的不同處理負載、對記憶體或儲存器的不同存取頻率，以及I/O或網路資源的不同使用頻率及使用量。可在機架中使終端系統與其他終端系統一起操作，以判定每一終端系統對機架所汲取之功率的貢獻量。應用程式功率設定檔可包括針對個別使用者的功率消耗歷史。應用程式功率設定檔可包括功率消耗資訊，該功率消耗資訊包括給定條件下的峰值功率消耗、給定條件下的平均功率消耗、針對所有測試條件的峰值功率消耗或平均功率消耗、功率消耗變化、給定條件下的預期功率消耗、在應用程式執行個體的不同階段之功率消耗，及類似者。
在一些實行方案中，可預測未來的應用程式需求，如306處所指示。基於雲端的應用程式伺服器時常產生或以其他方式得以存取關於應用程式使用的資訊。伺服器操作者可利用此資訊來將應用程式執行個體分配給終端系統。此資訊可使使用例如在應用程式執行個體數目或功率利用方面與其他因素相關，該等其他因素包括但不限於當天時間、星期幾、月份、地理位置以及使用者人口統計資料。隨後可根據前述功率設定檔將應用程式執行個體分配給對應的終端系統，如308處所指示。在一些實行方 案中，若預測在任何給定時間用於給定機架的預期功率消耗小於功率消耗容量，則用於例如分配給該機架之執行個體的總峰值功率可大於用於該機架的功率消耗容量。
應用程式功率設定檔可包括用於個別使用者的功率消耗歷史，從而在分配應用程式執行個體中考慮個別使用者功率消耗。特定而言，可根據用於對應的應用程式之功率消耗設定檔以及用於給定終端處理系統組之總功率消耗容量來將執行個體分配給終端處理系統，該給定終端處理系統組例如在一個機架、機架組、伺服器設施或伺服器設施群組中。以最佳化分配給給定終端處理系統組之每單位功率使用者數目之方式將執行個體分配給該組。
在一些實行方案中，應用程式執行個體至終端系統的分配可利用預測的需求資訊。例如，若在306處已判定某一第一人稱射手視訊遊戲於下午3：30在特定地理區域中之年齡介於12歲與17歲之間的男性使用者當中具有較大使用者需求，則可將應用程式執行個體分配給經最佳定位以在該時間伺服該區域之伺服器上的終端系統。
在一些實行方案中，可使選定數目個應用程式執行個體在選定終端系統上預先運轉，如310處所指示。在此類實行方案中，可例如藉由在將使用者指派給該執行個體之前將應用程式之複本載入至指定終端系統上來使應用程式執行個體預先運轉。以此方式，一旦將使用者分配給在終端系統上運行的執行個體，應用程式執行個體已經就緒以便使用者開始使用該應用程式。由於使用者不 必等待應用程式執行個體載入至終端系統上，故此能力藉由使應用程式之起始非常迅速來提升使用者體驗。
在將應用程式執行個體分配給終端系統之後，並且(視需要)在使應用程式執行個體在選定終端系統上預先運轉之後，可將使用者分配給應用程式執行個體，如312處所指示。在一些實行方案中，可根據例如如上所論述之預期需求來判定預先運轉之應用程式執行個體的數目。
本揭示案之態樣解決基於雲端的計算中之功率使用及應用程式起動時間的問題。功率設定檔的使用允許將應用程式執行個體高效分配給終端系統。回應於預期需求而使應用程式預先運轉允許非常快速的應用程式起始。
雖然以上為本發明之較佳實施例之完整描述，但是有可能使用各種替代、修改及等效物。因此，本發明之範疇不應參考以上描述來判定，而是應參考隨附申請專利範圍以及申請專利範圍之等效物之完整範疇來判定。本文所述的任何特徵(無論是否較佳)均可與本文所述的任何其他特徵(無論是否較佳)組合。在以下申請專利範圍中，不定冠詞「一」係指接在該冠詞後面的項目中之一或多者之數量，除非另有明確說明。隨附申請專利範圍不應解釋為包括構件加功能限制，除非在給定請求項中使用用語「用於...之構件」明確地敘述此限制。

Claims (11)

  1. 一種用於機架空間功率利用的方法，其包含：將一或多個電腦處理應用程式之執行個體分配給複數個終端處理系統中的終端處理系統之一子集，其中該複數個終端處理系統耦接至一網路，且其中該等電腦處理應用程式中之每一者經組配來由一或多個遠程用戶端裝置經由該網路來存取，每一用戶端裝置具有一或多個相關聯的使用者，其中該一或多個電腦處理應用程式中之每一者具有一相關聯的功率消耗設定檔，其中根據用於該一或多個應用程式的該等功率消耗設定檔以及用於該複數個終端處理系統的一總功率消耗容量來將該等執行個體分配給該複數個終端處理系統，其中以最佳化分配給該複數個終端處理系統之每單位功率使用者數目之方式將該等執行個體分配給該複數個終端處理系統，其中，該方法進一步包含判定用於該一或多個電腦處理應用程式之該等相關聯的功率消耗設定檔。
  2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該複數個終端處理系統包括位於一資料中心處的一共同機架內的終端處理系統之至少一子集。
  3. 如申請專利範圍第1項之方法，其進一步包含判定用於該複數個終端處理系統之該總功率消耗容量。
  4. 如申請專利範圍第1項之方法，其進一步包含判定該一或多個終端處理系統之該功率消耗設定檔。
  5. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該等相關聯的功率消耗設定檔考慮了用於一或多個個別使用者的過去功率消耗資料。
  6. 如申請專利範圍第1項之方法，其進一步包含在將該等執行個體分配給該複數個終端處理系統中考慮對該一或多個應用程式之至少一子集的一預期使用者需求。
  7. 如申請專利範圍第1項之方法，其進一步包含將與該一或多個用戶端裝置相關聯的一或多個使用者分配給該等執行個體中之一或多個對應的執行個體，該等執行個體經分配給該複數個終端處理系統。
  8. 如申請專利範圍第1項之方法，其進一步包含判定對該一或多個應用程式之至少一子集的一預期使用者需求，以及在將該等執行個體分配給該複數個終端處理系統中考慮對該一或多個應用程式之至少一子集的該預期使用者需求。
  9. 如申請專利範圍第7項之方法，其進一步包含判定對該一或多個應用程式之至少一子集的一預期使用者需求，以及在將對應的一或多個使用者分配給該等預啟動的執行個體之前預啟動分配給該複數個終端處理系統之該等執行個體中的一或多者。
  10. 一種用於機架空間功率利用的系統，其包含：一處理器，以及一記憶體，其耦接至該處理器；其中該處理器經組配來執行將一或多個電腦處理應用程式之執行個體分配給複數個終端處理系統中之終端處理系統之一子集的一方法，其中該複數個終端處理系統耦接至一網路，且其中該等電腦處理應用程式中之每一者經組配來由一或多個遠程用戶端裝置經由該網路來存取，每一用戶端裝置具有一或多個相關聯的使用者，其中該一或多個電腦處理應用程式中之每一者具有一相關聯的功率消耗設定檔，其中根據用於該一或多個應用程式的該等功率消耗設定檔以及用於該複數個終端處理系統的一總功率消耗容量來將該等執行個體分配給該複數個終端處理系統，其中以最佳化分配給該複數個終端處理系統之每單位功率使用者數目之方式將該等執行個體分配給該複數個終端處理系統。
  11. 一種用於機架空間功率利用的非暫時性電腦可讀媒體，其具有體現於其中的處理器可執行指令，其中藉由一處理器對該等指令之執行使該處理器實現將一或多個電腦處理應用程式之執行個體分配給複數個終端處理系統中之終端處理系統之一子集的一方法，其中該複數個終端處理系統耦接至一網路，且其中該等電腦處理應用程式中之每一者經組配來由一或多個遠程用戶端裝置經由該網路來存取，每一用戶端裝置具有一或多個相關聯的使用者，其中該一或多個電腦處理應用程式中之每一者具有一相關聯的功率消耗設定檔，其中根據用於該一或多個應用程式的該等功率消耗設定檔以及用於該複數個終端處理系統的一總功率消耗容量來將該等執行個體分配給該複數個終端處理系統，其中以最佳化分配給該複數個終端處理系統之每單位功率使用者數目之方式將該等執行個體分配給該複數個終端處理系統。
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