面向云計算數(shù)據(jù)中心的能耗建模

陳卓+蔡寧

摘 要：云計算數(shù)據(jù)中心中的能耗建模，是了解計算機能耗的重要形式，同時也是預(yù)測能耗需求的手段。文章以此為前提，重點分析了面向云計算數(shù)據(jù)中心的能耗模型建立，希望能夠為廣大從業(yè)人員提供參考。

關(guān)鍵詞：云計算數(shù)據(jù)中心；能耗；建模；計算機

所謂能耗模型，即云數(shù)據(jù)中心的構(gòu)成要素.云數(shù)據(jù)中心是不斷運轉(zhuǎn)的，在這樣強大的運轉(zhuǎn)下，用戶以及管理人員必須要對計算機能耗進行了解，如此才能采取針對性的方式對其進行調(diào)節(jié)，進而實現(xiàn)能效優(yōu)化的目的。為了更加有效的實現(xiàn)計算機能耗問題的解決，需要對能耗模型特點進行了解，以此完成能耗建模。為此，文章對其進行了分析。

一、節(jié)點能耗建模

1.計數(shù)器性能方面

其實對于數(shù)據(jù)計算而言，Intel處理器早就利用特殊數(shù)據(jù)模塊對數(shù)據(jù)計數(shù)器進行了引入，這些引進的計數(shù)器在數(shù)據(jù)中心運行時會自動進行選擇性計算，通過指令、緩存以及頁表緩存等環(huán)節(jié)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的計算指令方面，可以利用能耗以及監(jiān)視事件的對比了解到，指令出現(xiàn)周期一般都是能耗受到比較大的影響，一旦處理器執(zhí)行某一指令時，便會同時運行多個計算單元，進而形成非常大的能耗。

緩存方面，數(shù)據(jù)中心內(nèi)部的緩存指令一般會被分為幾個階段，也就是緩存指令與緩存數(shù)據(jù)信息、緩存指令以及數(shù)據(jù)共享形式、數(shù)據(jù)信息以及處理器信息共享。

頁表方面，所謂頁表緩存，與普通的緩存指令不同，主要是為了更改網(wǎng)絡(luò)虛擬地址運轉(zhuǎn)回率，并且提升用戶訪問內(nèi)存信息速度，通過這一部分計算機能耗。

通過相關(guān)資料可知，在能耗模型原則的基礎(chǔ)上，數(shù)據(jù)中心節(jié)點能耗模型公式為

這一公式中，C0是正常運算數(shù)列，P1是為收集數(shù)列，C1是i計算事件影響因素，其中C0與C1能夠利用線性回歸計算獲得。

2.收集線性能力計數(shù)器相關(guān)數(shù)據(jù)

深入分析當前所使用技術(shù)，可以發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)收集過程中能夠運用的工具有很多，十分常見的主要有Oprofile和Pert，數(shù)據(jù)收集時對這些工具加以運用，能夠保證數(shù)據(jù)收集的全面性。且這些相關(guān)工具除了能夠發(fā)現(xiàn)處理器性能中的不足，也能夠運用收集所得數(shù)據(jù)和信息實現(xiàn)對比，對處理器運轉(zhuǎn)問題進行預(yù)測。

二、使用率能耗建模

通過上文分析可知，Inetl處理器在運轉(zhuǎn)流程中引進計數(shù)器，這并非是當前所有處理器都能夠滿足的要求，且處理器的型號不同，其差異也比較大。另外，其中一些較為特殊的應(yīng)用程序依然處在為運行的狀態(tài)下，如此便無法有效獲得信息。所以，如此不能順利的在性能計數(shù)器對應(yīng)用程序擴散領(lǐng)域進行預(yù)測。

在這以前，因為線性模型的質(zhì)量較好，且操作也十分簡單，對資源使用率以及能耗等進行分析時，這種模型的運用率會比較大。一旦建模因子為獨立狀態(tài)，那么線性回歸模型則是最為合適的模型，然而在使用率方面的效果卻相對較差，且體現(xiàn)出非常強的依賴性。在處理器升級的影響下，能耗和資源使用率二者的關(guān)系也出現(xiàn)了變化，已經(jīng)逐漸脫離了原來單一的線性關(guān)系。如此一來，證明以往線性模型的預(yù)測也會存在偏差，并且對預(yù)測質(zhì)量造成影響。

數(shù)據(jù)采樣時，必然會收集到多樣化的系統(tǒng)負載信息，一般這些信息都儲存于處理器和網(wǎng)絡(luò)硬盤中。因為采樣主要是為了進行更為高效率能耗模型的建立，所以，采集數(shù)據(jù)信息時，只需要相對應(yīng)的數(shù)據(jù)文件，將系統(tǒng)中剩余部分當作常量，按照以往的研究和其他資料，了解處理器和內(nèi)心占據(jù)能耗。

1.CPU使用率

在整個計算機系統(tǒng)內(nèi)部，CPU既是使用率最高的部分，也是耗能最大的計算機元件，然而由于CPU本身具備調(diào)節(jié)功能，所以為CPU在系統(tǒng)其他部件的競爭中體現(xiàn)了優(yōu)勢。所以，利用對CPU工作狀態(tài)的了解，對中心能耗問題進行控制，以此實現(xiàn)節(jié)能，是諸多方法中最為有效的方式。且傳統(tǒng)能耗模型中，部分能耗模型與CPU運行狀態(tài)之間關(guān)聯(lián)較大。由此，便可以按照以下兩種CPU使用率能耗模型公式進行建模：

2.內(nèi)存

通過對當前相關(guān)研究資料的分析發(fā)現(xiàn)，內(nèi)存是計算機中耗能也比較大的計算機元件，在其運行時占據(jù)總耗能的 ，然而就實際情況分析，內(nèi)存并非是計算機中最為耗能的部件。通過實驗可知，內(nèi)存部件頻率為1323、4G的內(nèi)存，Gbit的功率是4W，然而因為CUP運用的是多核心技術(shù)，加之其中各個核心都要以2倍或是超過2倍的內(nèi)存作為支撐，才可以維持云數(shù)據(jù)中心內(nèi)部虛擬機的有效運行，在這之后便會提升整體的耗電力?，F(xiàn)在使用頻率最大的內(nèi)存以交替儲存形式為主，一旦內(nèi)存空間空閑，那么便會按照內(nèi)存情況使其進入待機，若一段時間之后依然無反應(yīng)，那么內(nèi)存便會關(guān)閉。所以，各個單獨能耗量雖然在減少，但是影響時間卻實現(xiàn)了遞增。通過實際觀察可知，內(nèi)存能耗和CPU能耗為正比關(guān)系，也就是一旦CPU使用率得到提升，那么內(nèi)存能耗也就會不斷提高，這樣一來就會將CPU使用率降低，從而降低內(nèi)存運轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的能耗。以下即內(nèi)存能耗的線性公式。

三、結(jié)語

綜上所述，通過能耗模型的建立，能夠詳細的了解計算機能耗，并且對計算機能耗進行預(yù)測，從而實現(xiàn)計算機的平穩(wěn)運行。

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