針對(duì)問(wèn)題：整合工作負(fù)載來(lái)降低能耗。有效利用整合技術(shù)，表征characterize應(yīng)用程序的能耗。這種表征對(duì)于有效預(yù)測(cè)和實(shí)施數(shù)據(jù)中心內(nèi)對(duì)能耗的適當(dāng)限制——能耗預(yù)算至關(guān)重要。
提出模型：定義兩種電力預(yù)算：1）平均預(yù)算以捕獲該水平上長(zhǎng)期能耗的上限； 2）維持預(yù)算，以捕獲超過(guò)一定閾值的持續(xù)消耗電流的任何限制。使用簡(jiǎn)單的測(cè)量基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，我們可以得出功耗曲線，即對(duì)應(yīng)用程序功耗的統(tǒng)計(jì)描述?；趯?duì)多個(gè)應(yīng)用程序（包括單個(gè)和合并應(yīng)用程序）進(jìn)行分析，開(kāi)發(fā)了用于預(yù)測(cè)合并應(yīng)用程序的平均和持續(xù)功耗的模型。在基于Xen的服務(wù)器上進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)評(píng)估，該服務(wù)器整合了從不同池中提取的應(yīng)用程序。對(duì)于各種整合方案，我們能夠預(yù)測(cè)平均功耗在5％的誤差范圍內(nèi)，而持續(xù)功耗在10％的誤差范圍內(nèi)。通過(guò)使用預(yù)測(cè)技術(shù)，我們可以確保安全而有效的系統(tǒng)運(yùn)行-在典型情況下，我們可以通過(guò)選擇滿(mǎn)足要求的適當(dāng)電源狀態(tài)，將服務(wù)器上整合的應(yīng)用程序數(shù)量從兩個(gè)增加到三個(gè)（與現(xiàn)有的基準(zhǔn)技術(shù)相比）與服務(wù)器關(guān)聯(lián)的電源預(yù)算。
能耗預(yù)算——能耗的上限。
合并應(yīng)用程序功耗對(duì)于整合平臺(tái)的節(jié)能操作和管理是有用的。 1.有助于對(duì)合并環(huán)境中的能耗預(yù)測(cè)和控制。 2有助于在能源成本和應(yīng)用程序性能之間權(quán)衡。3.使數(shù)據(jù)中心在有利可圖的體制下運(yùn)營(yíng)，不會(huì)受到積極整合可能引起的電涌影響。 4.正在進(jìn)行的制定功率基準(zhǔn)的工作也將從這種表征中受益[38]。
合并可能會(huì)在多個(gè)空間粒度上發(fā)生，范圍從單個(gè)服務(wù)器上的多個(gè)應(yīng)用程序并置到工作負(fù)載轉(zhuǎn)移到服務(wù)器機(jī)架或機(jī)房的子集。相應(yīng)地，在這些級(jí)別中的每個(gè)級(jí)別上都需要表征功耗。在所有這些級(jí)別上，功耗的兩個(gè)方面特別重要。首先，子系統(tǒng)內(nèi)的長(zhǎng)期平均功耗（數(shù)分鐘至數(shù)小時(shí)）決定了運(yùn)行該子系統(tǒng)所涉及的能源成本。其次，維持消耗功率超過(guò)與保險(xiǎn)絲/斷路器相關(guān)聯(lián)的閾值的可能性（通常為數(shù)秒甚至是亞秒的持續(xù)時(shí)間）嚴(yán)重影響受這些元件保護(hù)的設(shè)備的安全運(yùn)行。熱效應(yīng)也會(huì)增加對(duì)這兩個(gè)預(yù)算的需求。在較粗的空間粒度（例如房間）下，可能需要降低平均功率以避免過(guò)多的熱量。對(duì)于較小的組件（例如芯片），必須在更短的時(shí)間范圍內(nèi)控制功耗。在本文中，我們描述了單個(gè)應(yīng)用的功率需求，并利用這些特征來(lái)預(yù)測(cè)合并應(yīng)用的平均和持續(xù)功率需求。
整合環(huán)境中的平均功耗和維持功耗取決于各個(gè)應(yīng)用程序的功耗以及資源使用模式。 功耗預(yù)測(cè)需要識(shí)別這些依賴(lài)性。 此外，預(yù)測(cè)的成功還取決于用于測(cè)量和表征個(gè)人消費(fèi)的方法。 可以解決這些問(wèn)題的測(cè)量技術(shù)和預(yù)測(cè)模型的設(shè)計(jì)是本文的重點(diǎn)。
決定合并決策的時(shí)間尺度（與工作負(fù)載特性變化有關(guān)）后，需要將能耗限制在應(yīng)用程序性能/收入和能源成本之間。 這種決策可能每隔幾分鐘或幾小時(shí)執(zhí)行一次（作為long-term），可能涉及解決復(fù)雜的優(yōu)化問(wèn)題，以平衡通過(guò)操作一部分資源產(chǎn)生的性能/收入 花費(fèi)在維護(hù)，操作電源和冷卻上的費(fèi)用。 無(wú)論此決策有何細(xì)微差別，它都需要建立各種級(jí)別的長(zhǎng)期能源消耗限制機(jī)制。 我們將這種限制稱(chēng)為通過(guò)合并技術(shù)分配給它的平均功率預(yù)算。
維持功率預(yù)算，是由數(shù)據(jù)中心中與該組件關(guān)聯(lián)的保險(xiǎn)絲或斷路器所定義的各種硬件組件的可靠性需求產(chǎn)生的。（也叫做peak power)數(shù)據(jù)中心中硬件組件的持續(xù)功率預(yù)算由該組件中部署的斷路器的時(shí)間-電流特性曲線表示。
數(shù)據(jù)中心中硬件組件的維持功率預(yù)算由該組件中部署的斷路器的時(shí)間-電流特性曲線表示。斷路器的時(shí)間-電流特性曲線可作為其規(guī)格表的一部分獲得。持續(xù)功率預(yù)算由元組(S,L)表示，表示在長(zhǎng)度L的任何間隔內(nèi)維持的最大電流S的界限。我們引用單個(gè)持續(xù)功率元組來(lái)表示電路的持續(xù)功率預(yù)算。由于維持能耗對(duì)應(yīng)于在一個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)連續(xù)保持的最大功率，因此我們用使用該時(shí)間間隔的有效功率來(lái)表示維持能耗。但是我們的預(yù)測(cè)技術(shù)足夠通用，可以合并指定時(shí)間間隔內(nèi)功耗的其他統(tǒng)計(jì)范圍，包括最大和平均功耗。
2.離線分析能耗
將萬(wàn)用表連接到脫機(jī)的服務(wù)器，并每tp時(shí)間單位測(cè)量一次服務(wù)器的能耗。所產(chǎn)生的（瞬時(shí)）能耗樣本時(shí)序稱(chēng)為應(yīng)用程序的能耗曲線。將能耗曲線轉(zhuǎn)化為能耗使用分布圖。
令代表應(yīng)用程序A在Ip時(shí)間內(nèi)的平均能耗。通過(guò)在功率分布圖上移動(dòng)大小為Ip的時(shí)間窗口，然后根據(jù)這些值構(gòu)造分布來(lái)進(jìn)行估算。圖3示出了將功率簡(jiǎn)檔轉(zhuǎn)換成功率使用分布的過(guò)程。作為配置文件的一部分，我們還分析了運(yùn)行應(yīng)用程序的服務(wù)器的空閑功率（對(duì)于我們的服務(wù)器，約為156 W）。
**保證工作負(fù)載的現(xiàn)實(shí)性和可行性。數(shù)據(jù)中心中應(yīng)用程序是獨(dú)立啟動(dòng)的，并且工作負(fù)載要在一定時(shí)間粒度上（每日周期）是重復(fù)的。
3.3實(shí)驗(yàn)
在本節(jié)中，我們將介紹各種應(yīng)用程序，以說(shuō)明推導(dǎo)應(yīng)用程序功耗行為的過(guò)程。 我們還將介紹有關(guān)資源使用和性能的選定信息。 這些實(shí)驗(yàn)為我們提供了許多關(guān)鍵的見(jiàn)解：1）應(yīng)該如何進(jìn)行離線分析； 2）應(yīng)用程序的能耗與其各種資源的使用之間的關(guān)系； 和3）這些應(yīng)用的能耗變化程度。
我們的測(cè)試平臺(tái)由幾臺(tái)Dell PowerEdge服務(wù)器組成（詳細(xì)信息顯示在表1中）。 我們使用這些服務(wù)器之一來(lái)運(yùn)行我們分析的應(yīng)用程序。 我們將Signametrics SM2040萬(wàn)用表（詳細(xì)信息在表2中）串聯(lián)連接到該服務(wù)器的電源。 萬(wàn)用表位于另一臺(tái)服務(wù)器的PCI總線上，僅用于記錄目的。 該萬(wàn)用表能夠每毫秒記錄一次功耗。 每個(gè)記錄的功耗是每毫秒的有效（或均方根）功率。
觀察1.非CPU飽和應(yīng)用程序的功率分布的方差比CPU飽和應(yīng)用程序的方差高（和更長(zhǎng)的拖尾）。
觀察2.非CPU飽和的應(yīng)用程序，在較低的功耗狀態(tài)下，CPU利用率會(huì)提高，并且電源分配的突發(fā)性會(huì)降低。
觀察3.CPU飽和和非CPU飽和的應(yīng)用程序，在不同的CPU功率狀態(tài)下工作時(shí)，功率性能的權(quán)衡差異很大。 盡管很容易預(yù)測(cè)CPU飽和的應(yīng)用程序，但非CPU飽和的應(yīng)用程序預(yù)測(cè)難度大。
觀察4.在同時(shí)放置CPU飽和的應(yīng)用程序與同時(shí)放置CPU飽和和非CPU飽和的應(yīng)用程序時(shí)，平均能耗存在顯著差異。
觀察5.合并應(yīng)用程序的維持功耗表現(xiàn)與平均功耗顯著不同。
缺點(diǎn)（A）是由于假設(shè)CPU處于飽和狀態(tài)：首先，基線方法無(wú)法捕獲CPU在給定長(zhǎng)度L的某些持續(xù)時(shí)間內(nèi)的某些時(shí)間處于空閑狀態(tài)的可能性。任何此類(lèi)持續(xù)時(shí)間都不應(yīng)視為違反持續(xù)功率的持續(xù)時(shí)間 發(fā)生預(yù)算（回想一下，我們假設(shè)持續(xù)預(yù)算大于閑置電量）。
缺點(diǎn)（B）：假設(shè)能耗是平穩(wěn)的。對(duì)于CPU飽和的程序是這樣，對(duì)于CPU非飽和的程序，能耗變化很大。
缺點(diǎn)（C）：忽略了CPU使用率的差異。假定應(yīng)用程序?qū)⑹冀K完全按照其CPU分配使用CPU。盡管此假設(shè)對(duì)于一組并置的CPU飽和的應(yīng)用程序（它們的CPU使用模式不表現(xiàn)出可變性）是正確的，但當(dāng)甚至有一個(gè)應(yīng)用程序不遵循這種行為時(shí)，它也會(huì)引入不準(zhǔn)確性。 特別是，在預(yù)測(cè)由一個(gè)或多個(gè)非CPU飽和的應(yīng)用程序組成的集合的持續(xù)電源行為時(shí)，它會(huì)變得不準(zhǔn)確（當(dāng)這些應(yīng)用程序因I / O活動(dòng)而被阻塞時(shí)，那些空閑時(shí)間很可能會(huì)被其他并置的應(yīng)用程序使用，從而導(dǎo)致 在與Rcpu為應(yīng)用程序指定的CPU分配不同的CPU分配中）。
合并設(shè)置中應(yīng)用程序的CPU使用率主要取決于兩件事：1）合并設(shè)置中應(yīng)用程序的CPU預(yù)留，以及2）應(yīng)用程序的CPU需求（長(zhǎng)度L的整個(gè)周期）。 當(dāng)預(yù)留量高于需求時(shí)，則意味著該應(yīng)用程序具有備用CPU，可供預(yù)留量小于其需求的其他應(yīng)用程序使用。 大多數(shù)基于預(yù)留的調(diào)度程序（如我們的調(diào)度程序）在這些有需要的應(yīng)用程序之間平均分配備用CPU。 我們對(duì)合并設(shè)置中應(yīng)用程序的CPU使用率的估計(jì)已考慮到上述因素。 我們首先構(gòu)建分?jǐn)?shù)CPU需求的分布?？梢栽陂L(zhǎng)度L的持續(xù)時(shí)間內(nèi)對(duì)每個(gè)應(yīng)用程序進(jìn)行修改。這些分布可以很容易地從應(yīng)用程序的CPU使用情況配置文件中得出。
多服務(wù)器的持續(xù)能耗預(yù)算
目標(biāo)——計(jì)算一個(gè)PDU上m個(gè)服務(wù)器在S功率單元L長(zhǎng)度下的概率。PDU的最小能耗值等于所有服務(wù)器平均能耗之和。
PDU的最大功率計(jì)算：
步驟1。 找出長(zhǎng)度為L(zhǎng)個(gè)時(shí)間單位的時(shí)間間隔內(nèi)單個(gè)服務(wù)器（連接到PDU）的平均能耗分布。
第2步。 將所有這些平均能耗分布相加。 假設(shè)個(gè)人消費(fèi)是獨(dú)立的（一個(gè)合理的假設(shè)），則合計(jì)的最終分布可以根據(jù)基本概率理論進(jìn)行計(jì)算。
總結(jié)
我們需要確保在企業(yè)級(jí)數(shù)據(jù)中心中整合應(yīng)用程序的新興技術(shù)表現(xiàn)出強(qiáng)大且可預(yù)測(cè)的功耗行為，從而激發(fā)了我們的工作動(dòng)力。 整合工作負(fù)載已成為抑制企業(yè)級(jí)數(shù)據(jù)中心內(nèi)快速增長(zhǎng)的能源支出的關(guān)鍵機(jī)制。 但是，在可以有效利用這些基于整合的技術(shù)之前，我們必須能夠預(yù)測(cè)并強(qiáng)制執(zhí)行數(shù)據(jù)中心內(nèi)各個(gè)級(jí)別的功耗限制。 特別是，發(fā)現(xiàn)兩種電力預(yù)算（在相對(duì)粗略的時(shí)間尺度上定義的平均預(yù)算和在較短的時(shí)間尺度上定義的持續(xù)預(yù)算）對(duì)于數(shù)據(jù)中心的安全和盈利運(yùn)營(yíng)至關(guān)重要。
我們的研究針對(duì)服務(wù)器和一組服務(wù)器上共存的應(yīng)用程序組的平均和持續(xù)功耗開(kāi)發(fā)了預(yù)測(cè)模型。 我們?cè)诨赬en的平臺(tái)上實(shí)施了我們的技術(shù)，并在各種整合設(shè)置中對(duì)其進(jìn)行了評(píng)估。 我們演示了這些預(yù)測(cè)技術(shù)如何使我們能夠?qū)崿F(xiàn)高效而安全的系統(tǒng)運(yùn)行。
合并設(shè)置中應(yīng)用程序的CPU使用率主要取決于兩件事：1）合并設(shè)置中應(yīng)用程序的CPU預(yù)留，以及2）應(yīng)用程序的CPU需求（長(zhǎng)度L的整個(gè)周期）。 當(dāng)預(yù)留量高于需求時(shí)，則意味著該應(yīng)用程序具有備用CPU，可供預(yù)留量小于其需求的其他應(yīng)用程序使用。 大多數(shù)基于預(yù)留的調(diào)度程序（如我們的調(diào)度程序）在這些有需要的應(yīng)用程序之間平均分配備用CPU。 我們對(duì)合并設(shè)置中應(yīng)用程序的CPU使用率的估計(jì)已考慮到上述因素。 我們首先構(gòu)建分?jǐn)?shù)CPU需求的分布-
可以在長(zhǎng)度L的持續(xù)時(shí)間內(nèi)對(duì)每個(gè)應(yīng)用程序進(jìn)行修改。這些分布可以很容易地從應(yīng)用程序的CPU使用情況配置文件中得出。
