CN101980174A - 一种自动测试计算机应用程序区间能耗的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动测试计算机应用程序区间能耗的方法，要解决的技术问题是提出一种能够自动准确测试以计算机应用程序为单位的能耗的方法。技术方案是先将功率计、目标计算机、安装有能耗数据采集程序、时间数据服务程序、应用程序能耗数据计算和显示程序的数据库计算机进行连接，构建测试***；然后由功率计测试目标计算机的能耗数据，能耗数据采集程序从功率计采集能耗数据；接着修改编译器和应用程序，增加应用程序测试区间开始和结束时间的记录代码，时间数据服务程序测试应用程序区间运行时间；最后应用程序能耗数据计算和显示程序使用能耗数据和时间数据计算应用程序区间能耗并将应用程序区间能耗显示。

Description

一种自动测试计算机应用程序区间能耗的方法

技术领域：本发明涉及计算机领域的能耗测试方法，尤其指一种测试计算机应用程序区间能耗的方法。

背景技术：新一代大规模并行计算机***的研制面临诸多挑战，随着规模越来越庞大，***的功耗和能耗都在飞速增长，造成了空前的功耗和热量危机，因此计算机***的能耗越来越受到关注。

传统能耗测试领域对能耗的测试采用人工监控功耗测试设备的方法。测试人员手工启动能耗测试设备，记录测试开始时间；等待测试结束，记录测试结束时间；手工分析测试时间段的功耗和能耗数据。在计算机应用程序能耗测试领域，这种方法变得不可行。高性能计算领域计算机应用程序运行时间往往不确定，有些应用程序只运行几分钟，而有的应用程序可能运行几个小时甚至几天，采用人工监控方法耗时耗力，而且数据记录不准确。迫切需要一种自动化方法，能够自动准确测试计算机应用程序的能耗。

发明内容： 

本发明要解决的技术问题是提出一种自动测试计算机应用程序区间能耗的方法。采用该方法能够自动准确测试以计算机应用程序为单位的能耗。

本发明的技术方案如下：

第一步，将功率计、目标计算机、数据库计算机进行连接，构建测试***。

将功率计、目标计算机、数据库计算机进行连接，方法是将功率计接入目标计算机的供电线路，功率计和数据库计算机之间通过串行端口、网络端口等通信链路连接，目标计算机和数据库计算机之间通过标准的网络链路连接。

功率计是能耗的测试设备，采用能够通过串行端口、网络端口等通信链路和计算机连接的商用功率计，功率计测试目标计算机的电压、电流、功率、能耗等电气参数，向数据库计算机输出测试数据。

目标计算机是运行应用程序的计算机，功率计测试的能耗就是在目标计算机上应用程序运行区间的能耗。

数据库计算机是辅助完成能耗测试的计算机，一方面实时获取功率计测试得到的数据；另一方面和目标计算机交互，获得应用程序运行区间的时段。数据库计算机上安装有能耗数据采集程序、时间数据服务程序、应用程序能耗数据计算和显示程序。能耗数据采集程序控制功率计采集、接收和保存能耗数据。时间数据服务程序接收应用程序的时间记录请求，记录应用程序运行区间的时间；应用程序能耗数据计算和显示程序利用能耗数据和时间数据，计算应用程序运行区间能耗，将程序能耗信息显示输出。

第二步，测试***采集能耗数据。

能耗数据采集程序采集能耗数据，过程为：

2.1能耗数据采集程序通过功率计驱动程序提供的控制接口完成和功率计的连接；

2.2能耗数据采集程序发送命令，查询功率计支持的能耗数据参数和数据采集的分辨率；

2.3能耗数据采集程序从功率计回应的能耗数据参数种类中选择需要的参数，能耗是必须支持的参数，另外一些参数包括功耗、电压、电流；

2.4能耗数据采集程序给功率计发送命令，指示功率计进入数据输出模式，以最高分辨率实时采集并向数据库计算机输出能耗数据；

2.5能耗数据采集程序读取能耗数据，如果读取到能耗数据项，逐条解析每项，并采用能耗数据表保存每项能耗数据，转2.6；如果没有读取到数据，直接转2.6；能耗数据表的每个记录项对应功率计输出的一个记录项，包括能耗、功耗、电压、电流，同时为每个记录项附加一个时间标签，指示对应能耗数据生成的时间，该时间以数据库计算机上的时间为准。

2.6能耗数据采集程序睡眠，在经过数据采集分辨率时间（功率计输出数据的最短间隔）后醒来，转2.5。

第三步，测试***测试应用程序区间运行时间。

仅仅采集能耗数据并不能确定应用程序执行区间的能耗，需要确定应用程序执行区间的开始和终止时间。使用功率计测试电气设备短时间的电气参数时，可以通过手工记录开始时间和结束时间。但是计算机应用程序的运行时间并不确定，有时可能会运行很长时间，通过手工实施监控存在困难。本发明采用以下方法测试应用程序区间运行时间：

3.1修改编译器和应用程序，增加应用程序测试区间开始和结束时间的记录代码：

3.1.1当测试区间为整个程序执行区间时，编译器在应用程序执行开始***程序启动的时间记录代码，在应用程序执行结束***程序结束的时间记录代码；

3.1.2当测试区间为程序运行的一部分时，需要同时修改编译器和应用程序，增加时间记录的过程由编译器和应用程序协作完成。应用程序的修改只需要增加简单的编译提示，指示程序执行区间的开始和结束，剩余的工作由编译器自动完成。例如，使用类似C语言的表示方法，应用程序修改为：

#pragma timelog begin

应用程序代码段

#pragma timelog end

#pragma timelog begin表示计时开始，#pragma timelog end表示计时结束。编译器分析编译提示，在对应位置增加时间记录代码。

3.2时间数据服务程序接收应用程序的时间记录请求，记录相应时间，过程如下： 

3.2.1时间数据服务程序通过网络端口等待来自应用程序的时间记录请求；

3.2.2 时间数据服务程序接收到服务请求后，检查是否为应用程序执行区间开始的请求，如果否，转3.2.1；如果是，转3.2.3；

3.2.3时间数据服务程序接收到应用程序执行区间开始的请求后，使用数据库计算机本地时间作为应用程序开始时间标签，记录该应用程序启动的时间，返回消息通知应用程序继续运行；

3.2.4 时间数据服务程序接收到服务请求后，检查是否为应用程序执行区间结束的请求，如果否，转3.2.1；如果是，转3.2.5；

3.2.5使用数据库计算机本地时间作为应用程序结束时间标签，记录该应用程序结束的时间，转3.2.1。

第四步，应用程序能耗数据计算和显示程序使用能耗数据和时间数据计算应用程序区间能耗并将应用程序区间能耗显示输出，方法为：

4.1以时间数据服务程序记录的执行区间开始和结束时间标签为索引，查询能耗数据表，得到执行区间开始和结束的能耗值，二者的差就是程序执行区间的能耗；

4.2以时间数据服务程序记录的执行区间开始和结束时间标签为索引，查询能耗数据表，得到所有大于开始时间标签和小于结束时间标签的能耗数据，得到记录的区间功耗、电压、电流等能耗数据。

4.3采用标准的可视化工具或者文字处理工具显示能耗、功耗、电压、电流等能耗数据。                                            

附图说明：

图1是本发明第一步构建的测试***结构图；

图2是本发明总体流程图；

图3是本发明能耗数据采集程序的流程图；

图4是本发明时间数据服务程序的流程图；

图5是采用本测试方法对SPEC2006能耗的评估图。

具体实施方式：

图1是本发明第一步构建的测试***结构图。功率计接入目标计算机的供电线路，功率计和数据库计算机之间通过串行端口、网络端口等通信链路连接，目标计算机和数据库计算机之间通过标准的网络链路连接。功率计测试目标计算机的电压、电流、功率、能耗等电气参数，向数据库计算机输出测试数据。目标计算机是运行应用程序的计算机，功率计测试的能耗就是在目标计算机上应用程序运行区间的能耗。数据库计算机是辅助完成能耗测试的计算机，一方面实时获取功率计测试得到的数据；另一方面和目标计算机交互，获得应用程序运行区间的时段。数据库计算机上安装有能耗数据采集程序、时间数据服务程序、应用程序能耗数据计算和显示程序。能耗数据采集程序控制功率计采集、接收和保存能耗数据。时间数据服务程序接收应用程序的时间记录请求，记录应用程序运行区间的时间；应用程序能耗数据计算和显示程序利用能耗数据和时间数据，计算应用程序运行区间能耗，可视化程序能耗信息。

图2是本发明总体流程图。整个测试过程为：

2.1、将功率计、目标计算机、数据库计算机进行连接，构建测试***；

2.2、测试***采集能耗数据；

2.3、测试***测试应用程序区间运行时间；

2.4、应用程序能耗数据计算和显示程序使用能耗数据和时间数据计算应用程序区间能耗并显示应用程序区间能耗。

图3是本发明能耗数据采集程序的流程图，过程为：

3.1能耗数据采集程序通过功率计驱动程序提供的控制接口完成和功率计的连接；

3.2能耗数据采集程序发送命令，查询功率计支持的能耗数据参数和数据采集的分辨率；

3.3能耗数据采集程序从功率计回应的能耗数据参数种类中选择需要的参数，能耗是必须支持的参数，另外一些参数包括功耗、电压、电流；

3.4能耗数据采集程序给功率计发送命令，指示功率计进入数据输出模式，以最高分辨率实时采集输出指定能耗数据参数；

3.5能耗数据采集程序读取能耗数据，如果读取到能耗数据项，逐条解析每项，并采用能耗数据表保存每项能耗数据，转3.6；如果没有读取到数据，直接转3.6；能耗数据表的每个记录项对应功率计输出的一个记录项，包括能耗、功耗、电压、电流，同时为每个记录项附加一个时间标签，指示对应能耗数据生成的时间，该时间以数据库计算机上的时间为准。

3.6能耗数据采集程序睡眠，在经过数据采集分辨率时间（功率计输出数据的最短间隔）后醒来，转3.5。

图4是本发明时间数据服务程序的流程图，过程为：

4.1时间数据服务程序通过网络端口等待来自应用程序的时间记录请求；

4.2 时间数据服务程序接收到服务请求后，检查是否为应用程序执行区间开始的请求，如果否，转4.1；如果是转4.3；

4.3时间数据服务程序接收到应用程序执行区间开始的请求后，使用数据库计算机本地时间作为应用程序开始时间标签，记录该应用程序启动的时间，返回消息通知应用程序继续运行；

4.4 时间数据服务程序接收到服务请求后，检查是否为应用程序执行区间结束的请求，如果否，转4.1；如果是转4.5；

4.5使用数据库计算机本地时间作为应用程序结束时间标签，记录该应用程序结束的时间，时间数据服务程序转4.1。

以Linux/x86的兼容机为目标计算机，以Linux/x86平台的笔记本为数据库计算机，以Wattsup? Pro为功率计，按图1所示构建测试环境。通过调整频率，目标计算机能够运行在两个性能层次Perf1（2.133Ghz）和Perf2（1.6Ghz），以往没有准确测试情况下，一般认为高频率下能耗高，低频率能够节省能耗。采用本发明测试SPEC2006包含的29个应用程序，所有应用程序的执行区间使用程序开始和结束位置， 使用GCC编译器在应用程序开始和结束位置***时间请求代码。这29个应用程序运行最长的需要50多分钟，最短的只需要8分钟，手工监控运行时间和能耗相当困难。图5给出测试得到的能耗结果，其中横座标代表应用程序在SPEC2006中的编号，纵座标代表能耗，单位为瓦时（W*H）。从理论分析角度，低频Perf2下应用程序应当具有更小的能耗，使用本方法测试后可以发现，大部分情况高频Perf1下能耗更小，这是以往公开发表的成果中从来没有报道的，这主要因为***空转功耗过大引起的。因此本测试方法对于测试评估面向应用的能耗优化技术的有效性有重要作用。

Claims (1)

1. 一种自动测试计算机应用程序区间能耗的方法，其特征在于包括以下步骤：

第一步，将功率计、目标计算机、数据库计算机进行连接，构建测试***，方法是将功率计接入目标计算机的供电线路，功率计和数据库计算机之间通过通信链路连接，目标计算机和数据库计算机之间通过网络链路连接；功率计是能耗的测试设备，采用能够通过通信链路和计算机连接的商用功率计，功率计测试目标计算机的电压、电流、功率、能耗，向数据库计算机输出测试数据；目标计算机是运行应用程序的计算机，功率计测试的能耗就是在目标计算机上应用程序运行区间的能耗；数据库计算机是辅助完成能耗测试的计算机，一方面实时获取功率计测试得到的数据；另一方面和目标计算机交互，获得应用程序运行区间的时段；数据库计算机上安装有能耗数据采集程序、时间数据服务程序、应用程序能耗数据计算和显示程序；能耗数据采集程序控制功率计采集、接收和保存能耗数据；时间数据服务程序接收应用程序的时间记录请求，记录应用程序运行区间的时间；应用程序能耗数据计算和显示程序利用能耗数据和时间数据，计算应用程序运行区间能耗，将程序能耗信息显示输出；

第二步，测试***的能耗数据采集程序采集能耗数据，过程为：

2.1能耗数据采集程序通过功率计驱动程序提供的控制接口完成和功率计的连接；

2.2能耗数据采集程序发送命令，查询功率计支持的能耗数据参数和数据采集的分辨率；

2.3能耗数据采集程序从功率计回应的能耗数据参数种类中选择需要的参数，包括能耗、功耗、电压、电流；

2.4能耗数据采集程序给功率计发送命令，指示功率计进入数据输出模式，以最高分辨率实时采集并向数据库计算机输出能耗数据；

2.5能耗数据采集程序读取能耗数据，如果读取到能耗数据项，逐条解析每项，并采用能耗数据表保存每项能耗数据，转2.6；如果没有读取到数据，直接转2.6；能耗数据表的每个记录项对应功率计输出的一个记录项，包括能耗、功耗、电压、电流，同时为每个记录项附加一个时间标签，指示对应能耗数据生成的时间，该时间以数据库计算机上的时间为准；

2.6能耗数据采集程序睡眠，在经过数据采集分辨率时间即功率计输出数据的最短间隔后醒来，转2.5；

第三步，测试***测试应用程序区间运行时间，方法是：

3.1修改编译器和应用程序，增加应用程序测试区间开始和结束时间的记录代码：

3.1.1当测试区间为整个程序执行区间时，编译器在应用程序执行开始***程序启动的时间记录代码，在应用程序执行结束***程序结束的时间记录代码；

3.1.2当测试区间为程序运行的一部分时，需要同时修改编译器和应用程序，增加时间记录的过程由编译器和应用程序协作完成；应用程序的修改只需要增加简单的编译提示，指示程序执行区间的开始和结束，编译器分析编译提示，在对应位置增加时间记录代码；

3.2时间数据服务程序接收应用程序的时间记录请求，记录相应时间，过程如下： 

3.2.1时间数据服务程序通过网络端口等待来自应用程序的时间记录请求；

3.2.2 时间数据服务程序接收到服务请求后，检查是否为应用程序执行区间开始的请求，如果否，转3.2.1；如果是，转3.2.3；

3.2.3时间数据服务程序接收到应用程序执行区间开始的请求后，使用数据库计算机本地时间作为应用程序开始时间标签，记录该应用程序启动的时间，返回消息通知应用程序继续运行；

3.2.4 时间数据服务程序接收到服务请求后，检查是否为应用程序执行区间结束的请求，如果否，转3.2.1；如果是，转3.2.5；

3.2.5使用数据库计算机本地时间作为应用程序结束时间标签，记录该应用程序结束的时间，转3.2.1；

第四步，应用程序能耗数据计算和显示程序使用能耗数据和时间数据计算应用程序区间能耗并将应用程序区间能耗显示输出，方法为：

4.1以时间数据服务程序记录的执行区间开始和结束时间标签为索引，查询能耗数据表，得到执行区间开始和结束的能耗值，二者的差就是程序执行区间的能耗；

4.2以时间数据服务程序记录的执行区间开始和结束时间标签为索引，查询能耗数据表，得到所有大于开始时间标签和小于结束时间标签的能耗数据，得到记录的区间功耗、电压、电流；

4.3采用标准的可视化工具或者文字处理工具显示能耗、功耗、电压、电流。

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