● 摘要
在传统不可再生能源日益减少,新型能源发展尚未成熟的当今,节约能源已经成为全球共识。随着社会信息化水平的快速发展,各个行业对信息系统的依赖程度越来越高,信息产业的能耗越来越高,计算系统的能耗问题日益突出。而绿色计算主张研究可持续发展的新型计算系统,保障性能的同时要求低成本、低能耗的,是信息技术领域的一个新挑战。
秉承绿色计算的宗旨,本课题主要研究计算中心的能耗控制。计算中心的组成部件中,属CPU处理器耗能最严重,高达40%,因此对于处理器的科学管理是节能的关键。为研究处理器层面的节能方法,本课题从软件方面入手,首先了解了处理器运行的基础理论——实时调度及各种相关的调度方法;同时查找了现有的处理器功耗模型,结合两者,有所创新。而在多核处理器开始出现,集群、分布式、云计算开始大量普及的时候,另一个能够明显提升节能效果的关键,是着眼计算中心多节点集群系统的整体功耗,以达到全局最优的结果。本课题在这个层面上也有所突破。技术方面,DVS动态频率电压调节是一种领域内主导的,被动的,有效的功率、温度控制技术,广泛应用于科研和实用领域,也是本课题主要采用的技术。
本文基于实时调度原理,目标为功率控制,先提出了结合频率-CPU使用率的新单机功耗模型,并求得单机的功耗优化值;后具体研究了计算系统集群规模(节点数量)与总功耗的关系,给出了基于频率的集群功耗优化配置的解析解,相较于传统探究法求解,效率大大提升;并开发构建了一个基于GridSim的可感知功耗的实时调度模拟平台,拓展了部件能耗感知能力,实现了实时任务集的生成, 能够完成实时调度流程,具备任务负载平衡机制,添加了报告分析模块,并且简化了程序配置;最为重要的是,构建了相对独立的优化算法模块,可以较方便的个性化优化算法。借由该平台,本文验证了上述两个优化策略的可靠性。
该研究可以对于构架节能的计算中心起到促进作用。
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