Динамическое управление питанием в задаче динамического управления ресурсами вариации планировщика и эксперименты (1187399)
Текст из файла
Федеральное государственное автономное образовательное учреждениевысшего профессионального образования«Московский физико-технический институт(государственный университет)»Факультет управления и прикладной математикиКафедра теоретической и прикладной информатикиДИССЕРТАЦИЯна соискание учёной степениМАГИСТРАТема: Динамическое управление питанием в задаче динамическогоуправления ресурсами: вариации планировщика и эксперименты.Направление:03.04.01 — Прикладные математика и физикаМагистерская программа: 010956 — Математические и информационныетехнологииВыполнил студент гр.
073(а)________________________Ефанов Н.Н.Научный руководительк. т. н.______________________Мелехова А.Л.Москва — 20161Содержание:1.1. Терминология.1.2.Введение.2.1. Энергетическая модель. Осуществление локального DPM.2.1.1. Структура энергопотребления. Стандартизация состоянийэнергопотребления устройств.2.1.2. Динамическое изменение частоты и напряжения (состоянияпроизводительности) центрального процессора.2.2. Источники и вклад в энергопотребление.2.2.1. Модель динамического энергопотребления CPU.3. Построение DRS-DPM.3.1. Виртуализация: «за и против».3.2.
Подзадачи DRS-DPM.3.3. Определение перегруженности ФМ.3.3.1. Нестационарные нагрузки: поиск оптимальных онлайналгоритмов.3.3.1.1. Оптимальный онлайн-алгоритм: задача Миграцииединичной ВМ.3.3.1.2. Оптимальный онлайн-алгоритм: динамическаяконсолидация ВМ.3.3.2. Эвристические алгоритмы.3.3.2.1. Алгоритм статической верхней границы.3.3.2.2. Адаптивная верхняя граница: абсолютное медианноеотклонение.3.3.2.3.размах.2Адаптивнаяверхняяграница:межквартильный3.3.2.4. Локальная регрессия Кливланда.3.3.2.5. Заключение.3.4. Марковские алгоритмы.3.4.1. Марковский алгоритм определения перегруженности ФМ.3.4.2. Вывод предельных зависимостей.3.4.3. Оптимальный офлайн-алгоритм.3.4.4. Марковский алгоритм. Стационарные нагрузки.3.4.5.
Марковский алгоритм. Нестационарные нагрузки.3.4.6. Марковский алгоритм. Заключение.3.5. Определение недогруженности ФМ.3.6. Выбор ВМ.3.6.1. Выбор ВМ. Случайный выбор.3.6.2. Выбор ВМ. Минимальное время миграции.3.6.3. Выбор ВМ. Максимальная корреляция.3.6.4. Заключение.3.7. Расположение ВМ.4. Метрики эффективности.4.1 SLAV-метрики.4.2. Метрики энергопотребления.4.3. Комбинированная балансная метрика и число миграций.5. Симуляции.6.
Выводы.7. Заключение.8.Дальнейшие исследования.9. Литература.1.1. Терминология.DPM (Dynamic Power Management) — динамическое управление3питанием.ФМ (host) — Физическая машина.ВМ (Virtual Machine) — виртуальная машина.ACPI(AdvancedConfigurationусовершенствованныйandPowerInterface)—интерфейс управления конфигурацией ипитанием.QoS(Qualityсоответствияofservice,заданномукачествообслуживания)—соглашениюополитикатрафике,гарантиясоответствия сети или вычислительной системы определённымпараметрам надёжности.SLA(ServiceLevelAgreement,cоглашениеобуровнеуслуг)—формализация QoS в форме соглашения между поставщиком ипотребителем услуги, регламентирующая качество услуги, обычно втерминах эффективной метрики предмета соглашения: скоростидоступа,максимальноговременизадержкиилинедоступностисервиса, уровня потери пакетов и др.SLAV(SLA Violation, нарушение SLA) — состояние системы, в которомусловия SLA не выполняются.1.2.
Введение.Вопросы повышения производительности вычислительных систем внастоящее время очень актуальны. В связи с активной миграциейресурсоёмких приложений в облачные системы, к эффективностипоследнихпредъявляютсяповышенные требования[1]. Нарядусвыделением и управлением ресурсами, энергосбережение облачнойсистемытакжеявляетсяважнойзадачей,ввидувозрастаниявычислительных мощностей, приводящего к увеличению расходов наэксплуатацию и техническое обслуживание: современные дата-центры4представляют собой сложные системы из тысяч физических машин (ФМ),выполняющихфункциивычисленияихраненияинформации,маршрутизации и сетевого обмена, а также средств поддержки работыцентра: систем питания, охлаждения, управления и контроля.
По даннымАмериканского Общества Инженеров Тепловых Систем [2], в 2014 годузатраты на инфраструктуру и энергопотребление составляют порядка 75%общей стоимости поддержки дата-центра[3]. При этом, данные, собранныес порядка 5000 ФМ в различных дата-центрах за 6-месячный периодговорят о достаточно редких ситуациях активной загруженности всех ФМи загруженностина уровне 100 %[4], что говорит о возможностивыключения незагруженных ФМ в зависимости от суммарных нагрузок, атакже о возможности консолидации нагрузок с целью высвобождениянекоторого числа ФМ, в сумме с балансировкой нагрузки на активных ФМс целью поддержки производительности (минимизация времени отклика,качествообслуживания).Следовательно,возникаетпроблемадинамического планирования ресурсов компьютерной системы [5] ,энергопотребление которой также является компонентом и показателемэффективности решения: следует обеспечить максимально возможнуюпроизводительность, минимизируя при этом энергозатраты.
При этом,ввиду нестационарности нагрузок во времени, имеет смысл рассматриватьдинамическое управление системой. Таким образом, переходят к задачединамического управления питанием (Dynamic Power Management, DPM)[1] в задаче динамического планирования ресурсов (Dynamic ResourceScheduling, DRS)[5] .DRS,DPM—конкурирующиеивнекоторойстепениантагонистические , возможны конфликты между консолидацией ибалансировкой нагрузок, и важно соблюдать баланс в суммарномрешении[1][5].52.1.
Энергетическая модель. Осуществление локального DPM.2.1.1.Структураэнергопотребления.Стандартизациясостоянийэнергопотребления устройств.В работах [1][6] показано, что энергопотребление платформы можноструктурировать, разделив его на 2 части:- Статическое энергопотребление, включающее затраты на поддержаниеплатформы в рабочем состоянии (например, энергия, потребляемаяматеринской платой ФМ).- Динамическое энергопотребление — составляющая, связанная сисполнением приложений. Ввиду сильной зависимости от характеристикнагрузок, использования ресурсов и политики энергопотребления, даннаясоставляющая может сильно варьироваться.
Оптимизации именно этойчасти энергопотребления и посвящена задача локального DPM[1] динамическогопереключенияустройствавразличныесостоянияэнергосбережения, в соответствие с выбранной политикой.Общий интерфейс управление питанием представлен промышленнымстандартом ACPI[7]. Задача даннойвзаимодействиемеждууправляющимспецификации — обеспечитьПО(операционнаясистема,виртуализационное ПО), аппаратным обеспечением и BIOS материнскойплаты в области конфигурирования работы устройств и управленияпитанием. В данном стандарте также описан интерфейс определенияаппаратного обеспечения.ВсоответствиисACPI,управлениепитаниемпередаётсяоперационной системе, что позволяет, в отличие от способов управлениечерез BIOS, применять прямы методы детализированного программногоуправления аппаратным обеспечением. Ряд требований, предъявленный кпрограммному интерфейсу, также должен быть согласован с аппаратной6составляющей.
Большинство современных устройств имеет поддержкуACPI на уровне материнской платы иCPU. На уровне ОС ACPIреализуется через размещение в оперативной памяти таблиц описанияаппаратных ресурсов и методов управления. Таблицы, содержащие методыуправления устройствами и обработчики событий ACPI, содержат код вмашинно-независимом наборе инструкций AML (ACPI Machine Language).ОС транслирует AML в инструкции рабочей платформы и передаёт наисполнение.Набор состояний устройств регламентируется наличием C/D —состояний - состояний функционирования - от C/D0 до C/D3. СостояниеC/D0 называется состоянием полной активности.
Состояния C/D3 —устройствовыключено.C/D1,2—промежуточныесостояния,регламентированные устройством.Также, состояние C/D0 разбивается на состояния производительности,P-состояния,характеризующиесяразличнымиуровняминапряжения/частоты, описанными в следующем разделе. P0 — состояниемаксимальнойпроизводительности,Pn—максимальногоэнергосбережения.Примеры работы устройств в различных состояниях (на примере C/Pсостояний CPU) и связанными с ними мощностями энергопотребленияприведёны автором в работе[1].2.1.2. Динамическое изменение частоты и напряжения (состоянияпроизводительности) центрального процессора.ДинамическоеVoltage/FrequensyизменениеScaling,DVFS)напряжения/частоты—технология(Dynamicуменьшенияэнергопотребления устройства в зависимости от загруженности путёмснижения тактовой частоты и напряжения питания[8].7Выше указана связь динамической мощности потерь и суммарноймощности затрат на переключение КМОП — микросхемы.
Зависимостьпоследней экспериментально выражается как:2P ≈C V F, гдеС - ёмкость затворов КМОП-транзисторов (условно считаем триггерыгомогенными).V — напряжение питания.F — тактовая частота.Пусть V f - напряжение формирования инверсионного слоя. Вообщеговоря, в случаеV f ≪V наблюдается практически линейная зависимостьF от V. При этом, очевидно, уменьшение F приведёт к возрастаниюkVзадержки триггера на t ≈ V − V , где k — аппаратная константа (функцияfёмкости). Отсюда следуют выводы:1) оптимальность работы схемы на максимальной рабочей частоте: неимеет смысле уменьшать частоту F при V=const.2) имеет смысл вести одновременное пропорциональное изменениерабочей частоты и напряжения.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
