[发明专利]基于动态调频的数据中心能耗管理方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及数据中心中能耗管理，具体是一种基于动态调频的能耗管理方法和系统。

背景技术

随着云计算在各个领域中的广泛应用，数据中心的能耗也有所增加，电力成本已经成为数据中心总支出的主要部分。如何降低电力开支是绿色数据中心的管理者需要解决的重要问题之一。其中CPU是服务器中最主要的耗能部件，其动态功耗与其运行时的电压与频率有关，利用现代处理器所支持的动态电压调节功能，根据服务器的负载，动态的调节频率和电压改变处理器功耗状态，降低能耗，起到节能减排作用。现有动态调节算法根据服务对计算能力的不同需求，周期性地动态调节处理器的电压与频率，或者根据服务不同时期对处理器的需求，调整不同时间段的CPU频率，以降低服务器上电能的消耗。然而，当前调频策略中调频的时机以及如何调频仍是一个难点，同时调频策略也主要集中在单个服务器上，对整个数据中心中服务的分布对能耗的影响没有充分考虑。

发明内容

发明目的：为了解决现有的数据中心能耗管理技术的不足，本专利提供一种基于动态调频的数据中心能耗管理方法，同时也提供使用基于动态调频的数据中心能耗管理方法的系统。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供的基于动态调频的数据中心能耗管理方法，通过单个服务器上的调频节能和能量感知的任务调度来进行能耗管理；

所述单个服务器上的调频节能包括：将任务数目不变的时间段看作一个调频单元，根据能耗模型和任务信息估算每一个单元内消耗的能量，利用启发式算法选择使得所有单元能耗之和最小的调频方式来调整各单元的处理器频率；

所述能量感知的任务调度包括：当一个新的任务到达，控制器根据监控到的各个服务器的状态和分析得到的新任务的信息选出一组候选服务器，将该新任务信息分发到各个候选服务器；各个候选服务器利用单个服务器上的调频节能方法估算出当前负载下的最低能耗和分配到新任务后的最低能耗之间的差值并将该值返回给控制器；控制器搜集各个服务器的返回信息并选择能耗变化最小的候选服务器分配新到达的任务；接收到新任务的服务器利用单个服务器上的调频节能方法调节频率，运行新的任务。

优选的，所述单个服务器上的调频节能包括以下步骤：

11)获取当前服务器上各个CPU的利用率及工作频率、任务的数目及运行所需的CPU资源、服务器可以调节的频率范围；

12)利用启发式算法通过计算不同调频状态下的能耗总和来选择能够产生最小能耗的频率组合状态S_m；

13)由于得到的频率组合是当前服务器负载下的结果，因此将当前CPU的频率设置为S_m第一个调频单元中的频率组合，各个处理器保持设定的频率运行，直到任务数目产生变化，即当前调频单元结束；

14)当有新的任务被分配到指定服务器或者该服务器上有任务结束时，服务器的任务数目发生变化，即当前调频单元结束，重复上述步骤11)至步骤13)为当前负载下的服务器选择新的最优频率组合来最小化能量消耗。

优选的，使用该能耗管理方法的系统包括控制器和集群服务器，所述控制器上由控制器操作的模块包括任务分析模块、服务器监控模块和任务分配模块，所述集群服务器中由单个服务器操作的模块包括能耗估算模块；所述服务器间能量感知的任务调度包括以下步骤：

21)当一个新的任务到达集群，控制器通过任务分析模块获得任务的信息,并将任务的信息发送给服务器监控模块，将任务的信息和任务发送给任务分配模块；

22)服务器监控模块根据监控到的各个服务器的状态和分析得到的新任务信息，选出一组候选服务器并发送给任务分配模块；

23)任务分配模块将任务的信息发送给各个候选服务器，等待各个候选服务器返回结果；

24)各个候选服务器接收到任务分配模块所发送的任务信息后，利用所述单个服务器上的调频节能方法计算得到当前状态下最低的能耗E₁，同时计算如果新任务被分配到该服务器上后得到的新的最低能耗E₂，计算两个最低能耗之间的差值并将该差值通过服务器监控模块返回给任务分配模块，并记录下对应E₂的最佳调频状态S_m；本步骤中最低能耗E₁和E₂通过上述单个服务器上的调频节能方法的步骤11)和步骤12)计算得到；

25)任务分配模块接收到各个候选服务器的返回能耗差值结果，从中选出能耗变化最小的服务器作为指定服务器，发送任务到指定服务器完成新的任务分配；