[发明专利]基于渐进式踪迹更新的并行程序能耗模拟评估方法

说明书

技术领域

本发明涉及计算机系统性能评估方法，特别是基于模拟技术对数据密集型并行计算系统上并行程序的能耗进行评估，以支持并行计算系统能耗管理、优化配置及应用优化的方法。 

背景技术

当前，以数据中心应用为代表的数据密集型计算日益兴起，这是一种以数据为核心的计算模式，其特点是运行过程中需要不断获取、更新、存储和共享大量数据，并支持对这些数据进行各种操作。数据密集型计算系统通常基于大量商用服务器、存储设备和网络设备构建，耗电量巨大，因此能耗控制成为其高效运行的一个关键挑战。良好的能耗管理除了能够降低运行成本外，还是避免因能耗过载或系统过热导致的系统失效的重要手段。据估计，针对服务器集群的能耗管理使服务器每节约1度电力，上游的交流和直流电源设备、配电设备、UPS、散热设备能够节省1.07度电力，开关和转换设备等也节约了电力，因此服务器上每节约1瓦电力，总功率就能降低2.84瓦。 

由于能耗控制的重要性，在数据密集型计算机系统部署或应用开发过程中，通常需要对系统各种配置下的能耗情况进行评估，以获得一定约束下最优的设计方案。例如，系统结点数目、处理器数目、处理器主频及功率、网络设备的性能与功率、存储系统的性能和功率等参数都有一定的可变范围，应用的计算、存储访问、通信等特征，都会对系统能耗产生影响。为支持能耗管理、优化配置与应用优化，需要能够对并行计算系统在各种配置情况下运行典型应用程序的能耗进行评估。 

计算机系统能耗评估方法主要有实际测量、模型分析和模拟方法。实际测量在实际系统上进行能耗测试，例如文献(Ripal Nathuji，Karsten Schwan，Ankit Somani，Yogendra Joshi.VPM tokens：virtual machine-aware power budgeting in datacenters.Cluster Computing，2009年12月)报道了使用电能表对进行实际测量的方法，使用实际的能耗测试来驱动系统，各种工作负载情况下的能耗数据使用Extech 380801功率分析仪来测试，使用数字式电表实现能耗监控。但是实际测量只在真实系统已存在并运行的情况下 进行，只能获得特定系统配置与运行状态下的电能消耗，缺乏灵活性。模型分析的方法通过对系统各个组成部分的能耗建立分析表达式，将系统及应用程序参数代入表达式中来计算系统能耗。例如文献(Z.Wang，C.McCarthy，X.Zhu，P.Ranganathan，and V.Talwar，Feedback control algorithms for power management of servers，3rd Workshop on Feedback Control Implementation and Design in Computing Systems and Networks，2008年6月)采用模型分析的方法估计能耗，分析应用程序吞吐率、服务器利用率与服务器的功率的关系；文献(Xiaorui Wang，Ming Chen，and Xing Fu.MIMO Power Control for High-Density Servers in an Enclosure)也使用系统建模方法来分析机柜内所有服务器的能耗。模型分析的灵活性好，但是对复杂系统难以建立精确的分析模型，而且不能反映应用程序在系统上运行的动态过程。