[发明专利]多计算节点上CPU和内存的动态自适应功耗测量方法、系统及介质

说明书

本发明公开了一种多计算节点上CPU和内存的动态自适应功耗测量方法、系统及介质，本发明在一个计算节点上部署CPU和内存功耗监测设备，利用不同程序运行时监控获取的系统性能计数器(PMC)及CPU和内存实时功耗，为不同特征的程序分别建立局部功耗模型，并在多节点实时运行过程中，根据当前运行程序特征，动态自适应选择合适的模型用于当前程序的CPU和内存功耗实时测量。本发明能够实现计算节点内细粒度部件级(指CPU和内存)的功耗测量，能够获得节点内部件级精确的CPU功耗和内存功耗，提高了功耗监控精度，与在每个节点上部署基于的硬件功耗监控相比，则大大减小了系统开销。

技术领域

本发明涉及大规模计算机系统的功耗测量技术，具体涉及一种多计算节点上CPU和内存的动态自适应功耗测量方法、系统及介质。

背景技术

功耗问题已成为限制计算机性能提高的重要瓶颈，同时也是影响系统可靠性和稳定性的重要因素。随着超算计算机系统的规模越来越大，高功耗和能效问题尤为突出，出现了多种资源管理方法或软件优化方法用于降低计算机系统的功耗，提升系统的能效。然而对于这些优化方法来说，是否对计算部件的功耗进行准确测量是重要的前提条件之一，是影响优化方法评估的重要因素。CPU和内存是计算节点中的重要部件，有大量针对CPU和内存的低功耗优化方法。能否提供高精度的、低开销的功耗测量方法，已成为影响CPU和内存功耗优化效果的重要因素。功耗测量数据越准确，低功耗优化评估结果可信度越高。然而要想对CPU和内存进行准确的实时功耗获取，存在一定的难度。

目前存在很多基于硬件的功耗测量方法，尽管这种方法可以获得十分精确的实时功耗值，但是部署功耗测量仪器的复杂度较大，有时还受限于实际系统的条件环境。通常可以在主板上部署功耗监测器，来测量CPU和内存部件相关的电流和电压，从而获取实时功耗值。实际在主板上部署监测器，往往需要对主板进行专门的电路设计，其成本较高。同时对于已经运行的系统，也难以通过用此方法部署功耗监测。

在系统内实际部署功耗测量设备存在一定的复杂度，一些CPU厂商选择提供给用户一些工具，来方便他们实时获取CPU和内存的功耗值。主要是采用内置一些功耗测量接口的方式，提供给用户标准化的接口来获取功耗值，如Intel的Running Average PowerLimit(RAPL)、AMD的功耗管理系统等。尽管这类工具的实时功耗测量精度往往较高，RAPL可以每1ms获得一个功耗值，但是存在运行开销大的问题。且相应的功耗管理系统只适用于指定的处理器型号，例如RAPL只能用于Intel的处理器，对于一些其他处理器厂商，无法直接采用Intel的功耗管理工具RAPL，功耗测量就得另觅途径了，这种方法的局限性显而易见。

相比来说，更加通用的方法就是建立CPU和内存功耗模型。基于PMC事件建立CPU和内存的功耗模型是广泛使用的一种，通过功耗模型进行实时功耗值的获取，这类方法的准确度相比前两种往往较低，但是通用性好、实现简单、运行开销较低，使用仍比较广泛。目前常见的使用性能监控计数器(PMC)来建立的功耗模型主要包括线性模型、非线性模型、人工神经网络算法建立的模型等。这些模型一旦建立之后，参数固定，无需更新和调整，因此模型的准确度很大程度上取决于用于建立模型时采样的数据样本，这给特征变化较大的应用程序的准确功耗度量带来了挑战。

如何使我们的实时功耗能够适应这种程序行为的多样性，如何自动地匹配程序行为实时的较大浮动变化是提高功耗测量精度要解决的问题。针对这一问题，动态自适应技术是有效的手段之一，它通过自适应地选择模板实现求解的高精确性，克服程序行为变化的多样性；通过固定时间间隔地启动实现自动匹配程序行为的实时变化。动态自适应技术已广泛用在许多类似的场景中。但是，具体如何将动态自适应技术用于功耗建模和实时监测方面，目前还很少有相关研究，仍然是一项亟待解决的关键技术问题。

发明内容