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1、伺服器系統批次服務態轉移耗電代價之測與模型伺服器系統批次服務態轉移耗電代價之測與模型 Modeling and Measurement of the Power Consumption of the State Transition Penalty for the Batch Service of Server Systems 蔡政鴻蔡政鴻 輔仁大學電子工程學系 輔仁大學電子工程學系 242縣新莊市中正縣新莊市中正510號號 Tel: (02) 29053789 Fax: (02) 29042638 E-mail: ee2016mail.fju.edu.tw 陳盈宇陳盈宇 輔仁大學電子工程學系
2、 輔仁大學電子工程學系 242縣新莊市中正縣新莊市中正510號號 Tel: (02) 29052941 Fax: (02) 29035464 E-mail: 051307mail.fju.edu.tw 白英文白英文 輔仁大學電子工程學系 輔仁大學電子工程學系 242縣新莊市中正縣新莊市中正510號號 Tel: (02) 29053792 Fax: (02) 29042638 E-mail: baiee.fju.edu.tw 摘要摘要 批次服務(Batch service)應用於伺服器(Server) 具有節能的效果，在反應時間、系統處速與節 能效果的前提條件下，可估計出較佳批次(Batch s
3、ize)；而在找出 Batch size 的過程中需要轉態代價 (Transition penalty)這項；其為系統在閒置態 (Idle state)與忙態(Busy state)間換所需的功 消耗，需要實際儀器測才可得到。本文提出 Transition penalty 的測實驗環境建構和方法，並 以線性迴歸分析所測到的據，提出 Transition penalty 的學模型，此模型只要帶入系統； 需要實際測與複雜計算，就能得到足夠確的 值，而且適用於相似型的 Server 中。將本文的 學模型應用在求得較佳 Batch size 的過程中，只 需要少的運算 ， 而能提升整個 Batch s
4、ervice 的節 能效果。 關鍵詞關鍵詞：批次服務、伺服器、批、轉態代價 Abstract The batch service is applied to a server to make the system save more power. The better batch size is being estimated for response time, system process speed and power consumption. When estimating the batch size, the transition penalty is needed as a pa
5、rameter. The transition penalty is the power consumption when the system transits between idle state and busy state, and we find it by real measurement with instruments. In this paper we present the method and environment of transition penalty measurement. The transition penalty model is obtained by
6、 measurement and linear regression. Thus the accurate transition penalty can be got by taking system parameters into the model without complex computation. This way is also suited to similar systems. If we apply this transition model in the process of estimating the batch size, this makes the batch
7、service more efficient while needing little computation. Keywords: Batch service、Server、Batch size、 Transition penalty 1. 導導 近能源成本提高，對於依靠能源運作的 各種設備；如何節能成一個重要的議題。本 文的研究題目；在於低電腦系統的功消耗， 達到節能的目的。對於電腦系統的節能，所做過的 研究大致可分為大，一為 VLSI 設計；設計 低功消耗的積體電1，另一從軟體著手；有 效的控制系統的運作得到節能的效果2。動態電源 管是常的方法；當系統處於低用或是閒置 態(Idle st
8、ate)的時候，將沒有用到的部份關閉，或 是進入休眠態(Sleep state)，避免必要的功消 耗3。一般而言電腦系統的功消耗態可分為三 種：忙態(Busy state)、Idle state 和 Sleep state， 這三種態的轉移需要額外的功消耗4 5。 動態電源管 ，是將電腦系統在 Idle state 和 Sleep state 之間換，如果電腦系統沒有設計休眠模式， 動態電源管就無法使用；如一般 Server 就無 法進入 Sleep state ，沒有辦法使用動態電源管的 機制。 對於無法休眠的電腦系統，另有節功消耗 的方式，先前的研究提出 Batch service 的觀。
9、 Batch service 是電腦系統對先後到的工作要求 (Requests)，做出即的反應處，等工作積到 一定的之後再一次處完畢6 7。這個方法 需要使用計器(Counter)計積 Requests；比較 Counter 內的 Requests ，是否符合 Batch size，符合則處 Requests。另外還需要計時器 (Timer)計時響應時間；讓電腦系統在合的時間 內回應 Requests。Batch size 的大小與響應時間和 電腦系統的處速，跟節能效果之間會互相影 響，用排隊可求得其較佳解；依照電腦系統的 要求與電腦系統的處速求出最適當的 Batch size 9。Batch
10、 service 之所以有節能的效果；在於 減少 Busy state 和 Idle state 之間的 Transition penalty。在學的推導上，Batch service 已經被證 明這是一個有用的方法。而在求得較佳 Batch size 的過程中，有一個重要的需要知道，就是 Busy state 和 Idle state 之間的 Transition penalty。 Busy state 和 Idle state 之間的 Transition penalty (以下簡稱 Transition penalty)，這是指在 Idle state 時 Server 的系統為電，因此
11、部分元 件並沒有被啟用，當 Requests 到達時，Server 在 轉換成 Busy state 的過程中，會需要比較大的功 去推動未啟用的元件，或依序喚醒各元件；在 Busy state 轉換到 Idle state 時，需要時間關閉暫時沒用 到的元件。所以 Transition penalty 是一個功乘上 時間的值，需要由實際的測才可得知；實際的 測需要儀器設備，同等級的電腦系統所測到 的值也會相同。如何需要測就能夠簡單快 速的得到 Transition penalty，是目前所缺乏的，本 文研究的目標在於，簡單快速的得到 Busy state 和 Idle state 的 Tran
12、sition penalty ， 需要實際測 與複雜計算，得到足夠確的值，而且適用於相似 型的電腦系統中。將本文的方法應用在求得較 佳 Batch size 的過程中，只需要少的運算，而能 提升整個 Batch service 的節能效果。Batch service 適合運用於 Server，能夠達到節能的效果；本文 以個人電腦架設的 Server 作為實驗和測的對象。 本文以下分為四個部份；Section 2 為 Transition penalty 與測方法，明 Busy state 和 Idle state 的 Transition penalty 如何測 ， 並如何建 構測的軟硬體環境
13、與測值的方法。Section 3 為測據；對同等級的 Server 測 Busy state 和 Idle state 的 Transition penalty。Section 4 為 學模型；依據測的據推導出一簡單確的學 模型。Section 5 為本篇文的結。 進入 Idle state 和由 Idle state 中回到 Busy state，這個轉態過程造成消耗多功，所消 耗的能我們稱之為 Transition penalty。Batch service 可以減少 Busy state 和 Idle state 之間的 Transition penalty，透過對於 Client 的
14、Requests 採 取批次的作業模式以減少轉態的次，達到節能的 目的。Batch service 的節能效果如下圖 2 所示。 圖圖 2. The difference between the power consumption of a non-batch and a batch service Job A 與 Job B 為一先一後的 Request，其中 Ar、Af、Br、Bf 為非批次服務(Non-Batch service) 的情況下，Server 的 Transition penalty；而 ABr、 ABf 為 Batch service 的 Server 的 Transiti
15、on penalty，Batch service 的節能效果就是在於 Ar + Af + Br + Bf ABr + ABf，如果 Job A 與 Job B 是 完全一樣的 Request，Ar + Af + Br + Bf Abr + ABf = Af + Br；其中 Af + Br 就是 Busy state 和 Idle state 之間的 Transition penalty。 2. Transition penalty與測方法與測方法 電腦系統的應用中；某些型的系統能夠進 入 Sleep state，如 Server 進入 Sleep state，會造 成服務中斷或服務遺的情形，所以 Server 會 有 Sleep state；系統是在 Idle state 與 Busy state 之間轉換。Batch service 可低 Server 的功消 耗，為得到較佳的節能效，要先找到 Server 的 Busy state 和 Idle state 之 間 的 Transition penalty，其值是一個功乘上時間的值， Transition penalty 需要實際的測設備才可得到準 確的結果 ，
