[发明专利]一种基于内存压缩和CPU动态调频的节能方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及服务器节能，其中涉及DVFS(Dynamic voltage and frequency scaling,动态电压频率调整)和内存压缩的联动，属于操作系统领域。

背景技术

云计算(Cloud Computing)，是一种基于互联网的计算方式，通过这种方式，共享的软硬件资源和信息可以按需求提供给计算机和其他设备。云计算描述了一种基于互联网的新的IT服务增加、使用和交付模式，通常涉及通过互联网来提供动态易扩展而且经常是虚拟化的资源。

在数据中心的服务器上，能耗费用支出(照明、能量供应和制冷等)占总开销支出(包括新建设备费用、设备维护费用、网络通信费用等)的绝大部分，因此，通过充分利用资源以减少能量消耗越来越重要，当前解决数据中心能量有效性的方法很多，分别从软、硬件不同层次降低数据中心能耗，通过虚拟资源调度算法，对虚拟资源进行整合，做到CPU和内存等资源的有效利用，减轻服务器负载过重等情况，减少能耗；通过使用DVFS技术根据芯片所运行的应用程序对计算能力的不同需要，动态调节芯片的运行频率和电压(对于同一芯片，频率越低，需要的电压也越低)，从而达到节能的目的。

现有技术中，一种基于DVFS技术的调度算法，在第一次调度是通过逐渐增加电压到满足虚拟机所需的水平；第二次调度时，当虚拟机中的任务结束后，逐渐降低电压，这样做到CPU的频率做到最小且能满足要求，从而降低计算机集群运行多个虚拟机时的功耗；一种使用DVFS技术的集群开发启发式调度和用于减少并行任务能耗的应用，根据优先级的限制而延长它们的执行时间而非增加整体执行时间以减少能源消耗。

在内存方面，通过内存压缩技术，监测内存中内容相同的页面，存储其中的一个复本，在进行内存压缩前扫描所有内存页面，会产生CPU开销，在对内存执行写操作时，会将原本已经压缩的页面重新拷贝，此时也会引起额外的CPU开销，在计算机系统中，内存相对于CPU，是计算机性能的瓶颈，同时，实际内存的控制也通过CPU来监管，所以，在考虑内存压缩和CPU节能时，主要考虑内存压缩引起的对CPU性能要求的开销。

以上方法基于DVFS技术的调度算法在CPU方面可以优化资源利用，降低能耗，而基于内存压缩技术的方法在获得更大的可用内存的同时可降低空闲内存所消耗的能源，然而各种不同层次的解决方法之间缺少有效地联动，并不能将DVFS技术和内存压缩技术相结合来共同降低数据中心能耗。

发明专利“一种基于DVFS技术的大规模并行任务节能调度方法”该发明提供了一种基于DVFS技术的大规模并行任务节能调度方法，属于分布式计算领域。所述方法包括以下步骤：(1)任务映射阶段：将所有处理器的初始状态均设为运行在其最高电压和最高频率状态，然后通过计算获得任务映射阶段的有向无环图调度结果的整体执行时间MHEFT；(2)任务拉伸阶段：将任务的执行电压和频率进行拉伸优化，在不影响整体性能的情况下降低能耗开销。该发明方法在不影响大规模并行任务整体执行时间的条件下，显著降低了并行任务带来的能耗开销。但是该发明是基于DVFS技术的大规模并行任务的节能调度方法，属于分布式计算领域，而本发明是将DVFS技术与内存压缩相结合以达到节能的目的，属于操作系统领域。

发明内容

针对现有技术不足，本发明提出了一种基于内存压缩和CPU动态调频的节能方法及系统，解决CPU节能与内存压缩能耗之间的矛盾。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于内存压缩和CPU动态调频的节能方法，包括：对内存空间中内容相同的页面进行压缩，将节省的空间置于低能耗状态，并将该CPU的频率降低到运行该内存空间所需的最低频率。

所述的基于内存压缩和CPU动态调频的节能方法，还包括：实时监测该内存空间中该页面的读写频率。

所述的基于内存压缩和CPU动态调频的节能方法，还包括：设定该内存空间中该页面的读写频率阈值，若该读写频率小于该读写频率阈值时，则对该页面进行压缩。

所述的基于内存压缩和CPU动态调频的节能方法，还包括：离线获取该页面进行压缩时的压缩能耗与该页面进行压缩后节省的能耗，若该压缩能耗小于该节省的能耗，则对该页面进行压缩。

本发明还包括一种基于内存压缩和CPU动态调频的节能系统，包括：

内存压缩处理模块，用于对内存空间中内容相同的页面进行压缩，并将节省的空间置于低能耗状态；

动态调频处理模块，用于将该CPU的频率降低到运行该内存空间所需的最低频率。