CN106569575A - 一种基于事件响应的计算集群能耗控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种异构计算机集群能耗控制系统，主要包括：计算机、状态监控器、控制时间发生器、模型预测控制器和能耗状态调整执行器；所述的状态监控器连接在计算机和控制事件发生器之间；所述的控制事件发生器在状态监控器和模型预测控制器之间；所述的模型预测器在控制事件发生器和能耗状态调整执行器之间；所述的能耗状态调整执行器在模型预测控制器和计算机之间。状态监控器和能耗状态调整执行器两者都以软件进程的方式驻留在计算机中；在整个控制系统中只存在一个控制时间发生器和一个模型预测控制器。本发明具备了实时能耗优化的控制装置、方便了进行集群计算中冗余能耗的消减，实时优化效果好。
Description
技术领域
本发明属于高性能计算技术领域，尤其涉及一种基于事件响应的计算集群能耗控制系统。
背景技术
随着大数据应用需求的发展，高性能计算集群成为解决大数据处理的有效工具。然而高性能计算在处理大数据时处于一种持续计算状态，要消耗大量的计算能耗和冷却能耗，因此高性能计算集群的节能优化成为一个重要的研究趋势。在高性能计算集群中存在大量的随机计算任务，CPU密集型任务、I/O密集型任务和两者兼顾的任务。目前存在的问题：集群能耗控制系统不考虑计算负载的变化特征，特别是无法根据计算负载变化来实时调整集群的能耗状态，导致节能效果不明显；另外，现存的集群能耗控制系统主要是根据时间基来触发能耗控制，导致集群中大量计算机节点需要反复调整其自身能耗状态，出现节点能耗状态抖动的现象，因此浪费了大量的计算性能和能耗。目前，传统的计算集群能耗控制系统存在控制稳定性差、控制状态切换代价高的问题。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种基于事件响应的计算集群能耗实时控制系统，旨在解决传统的能耗控制系统采用时间周期触发控制机制造成的控制稳定性差和状态切换代价高的缺点。
本发明实施例是这样实现的，一种基于事件响应的计算集群能耗实时控制系统，该计算集群能耗实时控制系统主要包括：计算机、状态监控器、控制时间发生器、模型预测控制器和能耗状态调整执行器；所述的状态监控器连接在计算机和控制事件发生器之间；所述的控制事件发生器在状态监控器和模型预测控制器之间；所述的模型预测器在控制事件发生器和能耗状态调整执行器之间；所述的能耗状态调整执行器在模型预测控制器和计算机之间。
进一步，所述的模型预测控制器具体采用单片机控制芯片，将模型预测控制算法固化到单片机存储芯片中，可以对集群各计算机发出控制指令。
进一步，所述的控制事件发生器具体采用单片机控制芯片，通过Zigbee无线通信协议与集群中节点通信，收集各状态监控器传来的数据信号，并综合各种计算机的状态信号，根据事件产生规则来创建控制响应事件，并将控制事件通过Zigbee无线通信协议传送给模型预测控制器，以此启动模型预测控制器工作。
进一步，所述的状态监控器具体采用软件设计的守护进程形式，提供计算机的实时频率、CPU利用率和CPU温度等状态数据；另外通过Zigbee无线通信协议与控制事件发生器通讯，将计算机状态数据已字符串方式发送到控制事件发生器中。
进一步，所述的能耗状态调整执行器具体采用软件设计的操作系统内核驱动程序形式，根据具体控制指令可以实时改变计算机核心计算频率值，通过计算机频率的变化来达到调整计算机能耗状态的目标。
效果汇总
本发明提供的基于事件响应的计算集群能耗实时控制系统，设置模型预测控制器，实现了动态消减集群内冗余能耗的目标，提高了能耗控制系统的准确性；设置控制事件发生器，减少了能耗状态切换的代价损失，提高了计算集群能耗控制系统的稳定性；设置状态监控器，提高了计算机节点信息收集的准确性和实时性；设置能耗状态调整执行器，实现了计算机节点动态改变核心计算频率的功能；设置计算机，实现了实时改变计算机能耗状态，减少计算过程中冗余能耗的功能。基于事件响应的计算集群能耗实时控制系统具备了实时监控计算集群能耗信息和动态优化能耗的控制装置，方便了进行冗余能耗的消减，控制稳定性好。
附图说明
图1是本发明实施例提供的基于事件响应的计算集群能耗控制系统的结构示意图；
图中：1、计算机；2、状态监控器；3、控制事件发生器；4、模型预测控制器；5、能耗状态调整执行器。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面结合附图及具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。
如图1所示，本发明实施例是这样实现的，基于事件响应的计算集群能耗控制系统，该基于事件响应的计算集群能耗控制系统主要包括：1、计算机；2、状态监控器；3、控制事件发生器；4、模型预测控制器；5、能耗状态调整执行器；
所述的状态监控器连接在计算机和控制事件发生器之间；所述的控制事件发生器在状态监控器和模型预测控制器之间；所述的模型预测器在控制事件发生器和能耗状态调整执行器之间；所述的能耗状态调整执行器在模型预测控制器和计算机之间。
进一步，所述的模型预测控制器具体采用单片机控制芯片，将模型预测控制算法固化到单片机存储芯片中，可以对集群各计算机发出控制指令。
进一步，所述的控制事件发生器具体采用单片机控制芯片，通过Zigbee无线通信协议与集群中节点通信，收集各状态监控器传来的数据信号，并综合各种计算机的状态信号，根据事件产生规则来创建控制响应事件，并将控制事件通过Zigbee无线通信协议传送给模型预测控制器，以此启动模型预测控制器工作。
进一步，所述的状态监控器具体采用软件设计的守护进程形式，提供计算机的实时频率、CPU利用率和CPU温度等状态数据；另外通过Zigbee无线通信协议与控制事件发生器通讯，将计算机状态数据已字符串方式发送到控制事件发生器中。
进一步，所述的能耗状态调整执行器具体采用软件设计的操作系统内核驱动程序形式，根据具体控制指令可以实时改变计算机核心计算频率值，通过计算机频率的变化来达到调整计算机能耗状态的目标。
工作原理
如图1所示，基于事件响应的计算集群能耗控制系统主要包括：1、计算机；2、状态监控器；3、控制事件发生器；4、模型预测控制器；5、能耗状态调整执行器；工作时，利用状态监控器2对计算机1的状态信息进行采集，利用控制事件发生器3对采集信息进行汇总，通过事件发生规则产生控制事件，控制事件传给模型预测控制器4后，通过模型预测控制器5进行能耗的综合控制和管理，将控制执行指令传给能耗状态调整执行器5，能耗状态调整执行器5动态调整计算机1的核心频率，降低计算过程中的冗余能耗。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种异构计算机集群能耗控制系统，其特征在于，该异构计算机集群能耗控制系统主要包括：计算机、状态监控器、控制时间发生器、模型预测控制器和能耗状态调整执行器；所述的状态监控器连接在计算机和控制事件发生器之间；所述的控制事件发生器在状态监控器和模型预测控制器之间；所述的模型预测器在控制事件发生器和能耗状态调整执行器之间；所述的能耗状态调整执行器在模型预测控制器和计算机之间。
2.在整个异构计算集群中存在大量计算机、状态监控器和能耗状态调整执行器，其中计算机、状态监控器和能耗状态调整执行器三者必须同时存在，状态监控器和能耗状态调整执行器两者都以软件进程的方式驻留在计算机中；在整个控制系统中只存在一个控制时间发生器和一个模型预测控制器。
3.如权利要求1所述的一种异构计算机集群能耗控制系统，其特征在于，所述的模型预测控制器具体采用单片机控制芯片，将模型预测控制算法固化到单片机存储芯片中，可以对集群各计算机发出控制指令。
4.如权利要求1所述的一种异构计算机集群能耗控制系统，其特征在于，所述的控制事件发生器具体采用单片机控制芯片，通过Zigbee无线通信协议与集群中节点通信，收集各状态监控器传来的数据信号，并综合各种计算机的状态信号，根据事件产生规则来创建控制响应事件，并将控制事件通过Zigbee无线通信协议传送给模型预测控制器，以此启动模型预测控制器工作。
5.如权利要求1所述的一种异构计算机集群能耗控制系统，其特征在于，所述的状态监控器具体采用软件设计的守护进程形式，提供计算机的实时频率、CPU利用率和CPU温度等状态数据；另外通过Zigbee无线通信协议与控制事件发生器通讯，将计算机状态数据已字符串方式发送到控制事件发生器中。
6.如权利要求1所述的一种异构计算机集群能耗控制系统，其特征在于，所述的能耗状态调整执行器具体采用软件设计的操作系统内核驱动程序形式，根据具体控制指令可以实时改变计算机核心计算频率值，通过计算机频率的变化来达到调整计算机能耗状态的目标。
7.如权利要求1所述的一种异构计算机集群能耗控制系统，其特征在于，所述的计算机具体是处于计算集群中的单个计算节点，需要把其状态信息向控制时间发生器传送；同时当模型预测控制器传来控制命令时能耗状态调整执行器则改变计算机的核心频率，以此种方式来实现消减计算机工作过程中的冗余能耗。
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