[发明专利]一种基于功耗预测模型的服务器功率封顶方法、系统

说明书

本发明公开了一种基于功耗预测模型的服务器功率封顶方法，包括以下步骤：实时采集服务器的功耗数据，再将数据存储到数据库中；获取不同CPU负载对应的服务器整机功耗；计算不同CPU负载下服务器对应的能效比，得到最佳能效比的功耗区间；构建预测模型，处理服务器的历史功耗数据，构建三类输入特征，训练初始的服务器功耗预测模型；构造输入特征，预测服务器未来一段时间的功耗序列；检测模型的累计预测误差，判断是否需要重新训练模型；计算预测序列的功耗均值，与最佳能效的功耗区间进行比较，选择对应的功率封顶设置值或功耗控制策略。本方法可以使服务器保持在较高的能效水平，降低服务器在低载时的能源消耗。

技术领域

本发明涉及服务器节能管理领域，特别涉及一种基于功耗预测模型的服务器功率封顶方法、系统。

背景技术

云计算需求的与日俱增，使得数据中心的规模和能源消耗也在不断地攀升。用电需求的剧增除了带来高昂的运营成本外，也给数据中心的IT基础设施的能源管理，特别是服务器，带来了巨大的考验。一般情况下，数据中心或者服务器机柜所能承载的服务器数量与它的总配电额度有关。为了防止服务器群的耗电超过额定功率而触发过电保护，一般服务器的数量会按照它的最大功率来估算，即：总的配电额度/单台服务器的最大功率。但是在实际使用情况下，大多数服务器并不是时时刻刻都处于满载的状态，也就是有额外的电力资源没有被利用起来。功率封顶则是一种可以控制服务器功耗的方式，它可以将服务器所能达到的峰值功率控制在特定的阈值之下。目前，大多数服务器都提供板上管理控制单元(Board Management Control，简称BMC)对服务器的功耗进行周期性地监控。在实时获取服务器功耗的同时，BMC提供一个功率封顶的功能。它根据监控得到的服务器功耗和预设的服务器功耗封顶值进行功耗封顶控制。在具体的执行过程中，功率封顶是通过调节CPU的工作频率状态(Performance State，简称P-state)和时钟占空比状态(Throttle state)、内存的P-state和T-state以及其他部件的工作状态而实现的。

功率封顶技术是一种实现服务器电力资源分配的技术，基于功率封顶技术实现的服务器功耗控制方案主要涉及三个部分：对服务器实时功耗的监控、是否开启功耗封顶功能和封顶值的设置、执行封顶操作。在现有技术中，一般通过监控服务器当前的功耗是否超过设定的阈值来决定是否开启功率封顶，封顶值会预先根据机柜的配电额度和服务器数量来设置。2012年王江涛等人公开的专利《功耗封顶的控制方法、设备和系统》实现了类似的思想，对整框功耗进行监控，根据监控的结果判断当前服务器的电力资源是否溢出，从而决定是否进行功耗封顶。此外，Facebook公司公开的论文成果——Dynamo，实现了一种基于优先级的三段式功耗封顶方法，根据服务器类型不同决定实现功率封顶操作的先后顺序。设定一个功耗阈值，当服务器的功耗超过该阈值，触发封顶操作。执行时，优先考虑在优先级低的服务器上执行。当服务器的功耗低于设定的下限时，再解除功率封顶操作。

此外，还有相关的研究是考虑根据当前服务器运行的应用所需要的性能水平，动态设定功率封顶，实现在保证服务质量轻微地损失的情况下，达到最大程度的节能。例如：Krzywada等人的论文《ALPACA:Application Performance Aware Server Power Capping》中提出应用性能感知的服务器功率封顶方法，通过分析功率分配和应用性能之间的关系，求解一个最优化模型，为每个应用程序决定的功率分配的大小，最终决定服务器整机的功率分配。

上述提及的相关解决方案，有的不够灵活，不能根据服务器的性能需要动态决定功耗封顶相关设置；有的实现难度较大，缺乏普遍的适用性。例如：基于当前监控信息的方法，在服务器的负载多变的情况下，容易遇到已经执行的操作不符合当前服务器性能需要，造成服务质量较大的损失；应用性能感知的方法在于很难确定一种能够衡量所有应用服务性能的方法，因此只能对某一类型的应用建立性能与功耗的映射关系，从而指导功率封顶操作，缺乏普遍的适用性。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于功耗预测模型的服务器功率封顶方法。