JP4922255B2 - 情報処理システムおよびそのシステムにおける省電力制御方法 - Google Patents
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Description
特に、サーバはリーク電流によって稼働率が0であっても電力を消費するため、稼働率が低いサーバを多数使用している状態は電力面での効率が悪く、より少ない数のサーバをなるべく高い稼働率で使用し、未使用サーバは電源断するといった省電力運用が期待されている。これに対して仮想サーバは、稼動中に他の物理サーバへ移動させることができるため、ある業務の負荷が下がった時には、稼働率が低いサーバで実行されている仮想サーバを集約し、稼動する物理サーバ台数を減らすことで消費電力を削減することができる。仮想サーバの普及により、上記のような省電力運用が現実のものとなりつつある。
冷却装置は現状、固定のセンサの温度をもとに出力を決定し、あらかじめ決められた範囲を冷却するが、片寄せしたサーバ(群)を複数の冷却装置で集中的に冷却するよう、冷却装置が接続するセンサや送風方向を変更できるようになると考えられる。例えば、床下からの冷風によって冷却を行う設備の場合には、床のグレーティング板(穴あきタイル)の開閉を制御して、床下からの送風箇所を変更し、片寄せしたサーバを集中的に冷やすようになると考えられる。
物理計算機200上では、仮想計算機を実現する仮想計算機管理ソフトウェア220と、1つ以上の仮想計算機221が稼動し、各仮想計算機上では、OS(Operating System)222、この仮想計算機の稼動情報を収集する計測エージェント223、Webサーバなどの業務サーバ224が稼動している。仮想計算機管理ソフトウェア220は、物理計算機200の持つ計算機資源を複数のOSが使用できるよう、分割や割当の調整を行う機能を持っている。この仮想計算機管理ソフトウェアによって、新たな仮想計算機の生成や、仮想計算機の備える仮想的なハードウェアの定義、設定が可能である。
本実施例における冷却設備は、一般的なコンピュータ室空調(CRAC: Computer Room Air Conditioner)であるが、冷却設備は冷却された液体の冷媒がパイプを通り、各ラックを循環することで各サーバが排出する熱を除去する液冷装置であっても良い。液冷装置では、各ラックに通じるパイプの手前にバルブがあり、バルブを開閉することで、吹出口と同様に冷却出力の調整を行う。
また、冷却設備は、外の冷えた空気を取り込み、コンピュータ室空調装置と同様に床下から冷風を送ることで各サーバが排出する熱を除去する外気冷却装置であっても良い。
物理サーバ構成情報122は、物理計算機200の持つ物理計算機ID501と、シャーシ番号502と、構成要素識別子(項目)503と、構成要素の値504からなる一つ以上のレコードで構成され、物理計算機200の処理能力を表す。物理計算機ID501には、例えば、業務Aがマッピングされた物理計算機200のIDが物理サーバ1として格納され、業務Bがマッピングされた物理計算機200のIDが物理サーバ2として格納されている。シャーシ番号502は、当該サーバがブレードサーバである場合に、ブレードサーバを格納するシャーシを特定するためにある。1Uサーバなどの非モジュラータイプのサーバである場合には、ここには"-"が入る。
仮想サーバ構成情報123は、仮想計算機配置情報610と仮想計算機定義情報620からなる。仮想計算機配置情報610は、物理計算機200とその上で稼動する仮想計算機221との対応づけを表すものであり、物理計算機200の識別子である物理計算機ID611と、物理計算機200上で稼動する仮想計算機管理ソフトウェア220の種別612と、一つ以上の仮想計算機ID613と、各仮想計算機のIPアドレス614からなる一つ以上のレコードで構成される。
物理計算機プロファイル124は、サーバプロファイル810とシャーシプロファイル820に分かれる。サーバプロファイル810は、物理計算機稼働率801と、発熱量802と、消費電力803からなる一つ以上のレコードで構成される。各レコードは、物理計算機200の稼働率に対する、発熱量と消費電力を表している。ここで、物理計算機稼働率811は、CPUの稼働率である。
サーバ・冷却装置マップ126は、ラックの識別子901と、冷却装置151の識別子903と、ラックの出力配分904からなる一つ以上のレコードで構成される。各レコードは、ラックと、各ラックを冷却している冷却装置151と、その冷却装置が持つ冷却能力のうち、各ラックに対して割り当てている冷却能力の割合を表している。
冷却装置プロファイル125は、冷却装置の出力1001と、冷却量1002と、消費電力1003からなる一つ以上のレコードで構成される。各レコードは、冷却装置151の出力に対する、発熱量と消費電力を5段階に分けて表している。冷却装置プロファイル125は、冷却装置151の処理性能と必要な電力としてベンダが持っている情報であり、今後はこのような情報をユーザーにも提供することが考えられる。
また、外気冷却の場合には、外気温度によって同じ消費電力で冷却できる能力が変わる。したがって、外気の温度範囲ごとに冷却装置プロファイル125は複数存在するものとする。
図11は、本発明の一実施例における省電力制御フローを示す図である。
まず、省電力制御サーバ110の稼動情報・電力監視部111は、物理サーバ構成情報122および仮想サーバ構成情報123を読み込んで(S1011)、管理対象である物理計算機200および仮想計算機221を把握し、これらの稼動情報および消費電力を監視し(S1012)、負荷変動がある物理計算機200の一覧を作成する(S1103)。負荷変動の有無は、ある物理計算機200のリソース使用率が10%以下である状態が10分以上継続するかで判定する。負荷変動が無い場合には、監視を継続する。
仮想サーバ配置生成部112は、仮想計算機221の物理計算機200上への配置パターンを生成し、元の仮想計算機の配置と、一つ以上の再配置案の消費電力を比較する。
具体的な再配置案の生成方法は、よりリソース使用量が少ない物理計算機200上で稼動する仮想計算機221を他の物理計算機200に移動させた場合のリソース使用率を見積もり、移動させても移動先の物理計算機200のリソース量が十分であり、かつ、もっとも利用率が高くなる物理計算機200を移動先として選択する。移動元の物理計算機200上に複数の仮想計算機221がある場合には、全ての仮想計算機221が移動できる移動先が見つかった場合に、移動後の仮想計算機221の配置を再配置案として決定する。
この時、仮想サーバ配置生成部112は、仮想計算機定義情報620を参照して、仮想サーバが実行する業務の種別を取得し、移動させるべきでない業務は再配置の対象外とする。これは、ある仮想サーバを現在実行している物理サーバから別の物理サーバに移動する時には、外部プログラムと仮想サーバ間の通信パケットが失われることがあるためである。このパケットロスは、TCPのような再送機能を持つプロトコルによって再送されるので多くの業務では問題にならないが、非常に高い応答性能を要求される業務では、再送によって要求性能を満足できない場合があるので移動の対象としない。このような業務はあらかじめ決められており、移動できない業務の一覧があるものとする。
再配置案を求める方法としては、上記のように現在の仮想計算機221の配置をベースとせず、組合せ最適化手法を用いて最も消費電力が少ない配置を計算することも可能である。ただし、その場合には現在の仮想サーバ配置との差が大きく、仮想サーバの移動回数が多くなることが懸念される。
また、物理計算機プロファイル124を用いずに物理計算機200の消費電力を見積もる簡易な手段として、現在の消費電力から再配置によって電源断可能な物理計算機200の待機電力を引いて再配置後の物理計算機200の消費電力を求めることもできる。
仮想サーバ配置生成部112は、物理計算機200の機種に基づいてその機種の物理計算機プロファイル124を取得し、見積もった物理計算機200のCPU利用率に対する発熱量を求める(S1204)。そして、サーバ・冷却マッピング126を参照して、管理対象ラックの冷却を担当する冷却装置151を特定し、その冷却装置151の冷却プロファイル125に基づいて、管理対象ラックに含まれる物理計算機群の発熱量の冷却に要する冷却装置151の出力と消費電力を求める(S1205)。ここで、外気冷却の場合には、冷却電力算出部114は、室外に置かれた温度センサによって外気温度を取得し、現在の外気温度に応じた冷却装置プロファイル125を選択し、参照する。
また、冷却電力算出部114は、サーバ・冷却マッピング126を参照して、仮想計算機221を集約した物理計算機200の発熱量が、現在の冷却能力配分における冷却能力を上回ると判断した時には、冷却能力の配分を変更する。
例えば、ラック1401aおよびラック4401d上の物理計算機200に全仮想計算機221を集約したことによって、ラック1401aおよびラック4401d上の物理計算機200の発熱量が冷却能力を上回り、ラック1401bおよびラック4401c上の物理計算機200の冷却能力が不要になる場合には、全ての冷却装置の冷却能力をラック1401aおよびラック4401dに割り当てるよう冷却能力配分を変更する。なお、冷却能力配分を変更しても冷却できない場合には、冷却不可を通知する。
Claims (6)
- 記憶装置をアクセスして情報を処理する複数の管理対象サーバと、前記サーバを冷却する複数の冷却装置と、前記サーバとネットワークを介して情報の授受を行って前記サーバの稼働状況を検出し、この検出結果に従って前記冷却装置と前記サーバを制御する省電力制御コントローラとを備え、
前記冷却装置は、前記冷却装置の冷却能力を制御する冷却装置制御機能を備え、
前記サーバは、前記情報に関連する業務を実行する複数の仮想サーバの構成する仮想計算機管理ソフトウェアを備え、
前記省電力制御コントローラは、
前記サーバの処理能力と前記サーバ上で処理すべき業務の内容とから前記サーバに対する業務配置を複数組み設定する業務配置設定部と、
前記サーバの処理能力に対する電力特性を基に前記設定された各業務配置における前記サーバの消費電力を見積もるサーバ電力算出部と、
前記サーバの処理能力に対する発熱特性を基に前記設定された各業務配置における前記サーバの発熱量を見積もる発熱量算出部と、
前記設定された各業務配置における前記サーバの発熱量を基に前記複数の冷却装置のうち前記サーバを冷却する冷却装置の冷却能力を設定し、当該冷却装置の冷却能力に対する消費電力特性を基に、前記冷却装置の消費電力を見積もる冷却電力算出部と、
前記複数組の業務配置のうち前記サーバ電力算出部の見積りと前記冷却電力算出部の見積りの合計が最小となる業務配置を前記サーバに対する正規の業務配置として決定する業務配置決定部と、
前記サーバのうち前記業務配置決定部の決定による正規の業務配置から外れたサーバの電源を遮断する電源制御部と、
前記正規の業務配置における前記サーバの発熱量を基に前記複数の冷却装置のうち前記サーバを冷却する冷却装置の冷却能力に基づき、該冷却装置の冷却能力の変更を前記冷却装置制御機能に指示する冷却制御部からなる、ことを特徴とする情報処理システム。 - 前記省電力制御コントローラは、
前記サーバに対する業務のリソース使用量の履歴を取得する稼働情報履歴部と、
前記稼働情報履歴部の取得した前記履歴を基に当該業務が必要とするリソース量と前記サーバの平均負荷を算出し、当該算出値と前記サーバの負荷の大きさと前記サーバの電力特性に基づいて、前記各サーバの消費電力を見積もる消費電力算出部と、を備え、
前記業務配置決定部は、前記決定した業務配置に基づき前記業務配置の配置変更を実行し、
前記発熱量算出部は、
前記消費電力算出部の算出値と前記各サーバの負荷の大きさと前記サーバの発熱特性に基づいて、前記各サーバの発熱量を見積もり、
前記冷却電力算出部は、
前記消費電力算出部および前記発熱量算出部の算出結果を前記サーバの稼働状況として用い、前記各サーバの発熱量と前記冷却装置の電力消費特性とから、前記各サーバの冷却に必要となる前記冷却装置の消費電力を算出し、前記冷却装置が外気冷却の場合は、前記算出結果を外気温度に基づいて見積もり、
前記冷却装置制御機能は、
前記冷却電力算出部の算出結果を前記各冷却装置に対する冷却能力の制御に用いてなることを特徴とする、請求項1に記載の情報処理システム。 - 前記消費電力算出部は、
前記設定された各業務配置における前記サーバの現在の消費電力を算出し、
前記業務配置決定部は、
前記サーバ電力算出部の見積もりによる消費電力が前記消費電力算出部の算出による現在の消費電力よりも小さいことを条件に、前記設定された各業務配置を正規の業務配置に決定し、それ以外のときには前記設定された各業務配置をし直してなることを特徴とする、請求項2に記載の情報処理システム。 - 記憶装置をアクセスして情報を処理する複数の管理対象サーバと、前記サーバを冷却する複数の冷却装置と、前記サーバとネットワークを介して情報の授受を行って前記サーバの稼働状況を検出し、この検出結果に従って前記冷却装置と前記サーバを制御する省電力制御コントローラとを備え、
前記冷却装置は、前記冷却装置の冷却能力を制御する冷却装置制御機能を備え、
前記サーバは、前記情報に関連する業務を実行する複数の仮想サーバの構成する仮想計算機管理ソフトウェアを備え、
前記省電力制御コントローラは、
前記サーバの処理能力と前記サーバ上で処理すべき業務の内容とから前記サーバに対する業務配置を複数組み設定する業務配置設定ステップと、
前記サーバの処理能力に対する電力特性を基に前記業務配置設定ステップで設定された各業務配置における前記サーバの消費電力を見積もるサーバ電力算出ステップと、
前記サーバの処理能力に対する発熱特性を基に前記業務配置設定ステップで設定された各業務配置における前記サーバの発熱量を見積もる発熱量算出ステップと、
前記業務配置設定ステップで設定された各業務配置における前記サーバの発熱量を基に前記複数の冷却装置のうち前記サーバを冷却する冷却装置の冷却能力を設定し、当該冷却装置の冷却能力に対する消費電力特性を基に、前記冷却装置の消費電力を見積もる冷却電力算出ステップと、
前記複数組の業務配置のうち前記サーバ電力算出ステップでの見積りと前記冷却電力算出ステップでの見積りの合計が最小となる業務配置を前記サーバに対する正規の業務配置として決定する業務配置決定ステップと、
前記サーバのうち前記業務配置決定ステップでの決定による正規の業務配置から外れたサーバの電源を遮断する電源制御ステップと、
前記正規の業務配置における前記サーバの発熱量を基に前記複数の冷却装置のうち前記サーバを冷却する冷却装置の冷却能力に基づき、該冷却装置の冷却能力の変更を前記冷却装置制御機能に指示する冷却制御ステップと、を実行することを特徴とする情報処理システムにおける省電力制御方法。 - 前記省電力制御コントローラは、
前記サーバに対する業務のリソース使用量の履歴を取得する稼働情報履歴ステップと、
前記稼働情報履歴ステップで取得した前記履歴を基に当該業務が必要とするリソース量と前記サーバの平均負荷を算出し、当該算出値と前記サーバの負荷の大きさと前記サーバの電力特性に基づいて、前記各サーバの消費電力を見積もる消費電力算出ステップと、を実行し、
前記業務配置決定ステップでは、
前記業務配置決定ステップで決定した業務配置に基づき前記業務配置の配置変更を実行し、
前記発熱量算出ステップでは、
前記消費電力算出ステップでの算出値と前記各サーバの負荷の大きさと前記サーバの発熱特性に基づいて、前記各サーバの発熱量を見積もり、
前記冷却電力算出ステップでは、
前記消費電力算出ステップおよび前記発熱量算出ステップの算出結果を前記サーバの稼働状況として用い、前記各サーバの発熱量と前記冷却装置の電力消費特性とから、前記各サーバの冷却に必要となる前記冷却装置の消費電力を算出し、前記冷却装置が外気冷却の場合は、前記算出結果を外気温度に基づいて見積もり、
前記冷却装置制御機能は、
前記冷却電力算出ステップの算出結果を前記各冷却装置に対する冷却能力の制御に用いるステップを実行することを特徴とする、請求項4に記載の情報処理システムにおける省電力制御方法。 - 前記省電力制御コントローラは、
前記消費電力算出ステップでは、
前記業務配置設定ステップで設定された各業務配置における前記サーバの現在の消費電力を算出し、
前記業務配置決定ステップでは、
前記サーバ電力算出ステップでの見積もりによる消費電力が前記消費電力算出ステップでの算出による現在の消費電力よりも小さいことを条件に、前記業務配置設定ステップで設定された各業務配置を正規の業務配置に決定し、それ以外のときには前記業務配置設定ステップで設定された各業務配置をし直すことを特徴とする、請求項5に記載の情報処理システムにおける省電力制御方法。
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