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TWI617988B - 根據處理器位置之熱條件進行排程的電腦系統與方法 - Google Patents

根據處理器位置之熱條件進行排程的電腦系統與方法 Download PDF

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TWI617988B
TWI617988B TW102103699A TW102103699A TWI617988B TW I617988 B TWI617988 B TW I617988B TW 102103699 A TW102103699 A TW 102103699A TW 102103699 A TW102103699 A TW 102103699A TW I617988 B TWI617988 B TW I617988B
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thermal
cooling
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柯博峻
蕭元山
李正斌
廖彧宏
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聯想企業解決方案（新加坡）有限公司
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Abstract

揭露一種電腦系統，包含設置於一第一區的一第一處理器與設置於一第二區的一第二處理器、一排序單元、與一排程單元。排序單元根據根據該第一區與該第二區的熱條件對第一處理器與第二處理器進行排序，而排程單元根據排序單元所進行的排序，將一任務排程至第一處理器與第二處理器其中之一。

Description

根據處理器位置之熱條件進行排程的電腦系統與方法
本發明大體而言係關於多處理器電腦系統中的任務排程。
相較於單一處理器(uniprocessor)的系統，多處理器(multi-processor)電腦系統在進行任務排程時，可視特定的需求而依循不同的規則。舉例來說，為了達成各處理器間負載的平衡，Linux系統下可採用所謂的『Completely Fair Scheduler』，對此可參見M.Tim Jones，所著的文章Inside the Linux 2.6 Completely Fair Scheduler：Providing fair access to CPUs since 2.6.23.。
另外現有技術亦可根據各處理器自身的溫度進行任務排程，以避免特定處理器的溫度過高，對此可參見美國專利公開號US Pub.2002/087903以及US Pub.2005/0278520。
本發明一方面提供一種根據處理器位置之熱條件進行排程的電腦系統與方法。在多處理器電腦系統中，因於系統佈局的限制(system layout constraint)，每一處理器所處之位置的熱條件不一定相同。舉例來說，將會有一些處理器較靠近冷卻風扇，或是較靠近系統中其他會發熱的裝置，而具有相對於其他處理器在工作環境上的優勢或劣勢，現有技術中的任務排程作法卻未將此事實加以考量。
有鑑於此，透過本發明在進行處理器的任務排程時，係考量各個處理器所在位置之熱條件(亦可稱之為冷卻條件)。而透過本發明，較佳地可將任務優先排程給其所在位置之熱條件較佳的處理器，因此相較於將 相同任務排程給其他所在位置熱條件較差的處理器，所累積在系統中的熱較少，整體的系統效能以及所花費的散熱耗能都可以獲得改善。
在此所謂『處理器所在位置之熱條件』，可理解為該處理器所在位置(例如處理器插槽)的環境條件，例如該處理器之外的熱源(例如其他的處理器或是記憶體模組或電源供應器)或冷卻源(例如風扇或是散熱模組)對該處理器所在位置的熱貢獻或冷卻貢獻，亦或是該處理器所在位置係位於系統中散熱路徑(例如冷卻氣流)的上游或下游。
非限定地，本發明另一方面在於，所謂『處理器所在位置之熱條件』作為環境條件，即可在系統設計階段即預先予以納入考量而做為預設參數，而以例如查對表的形式供作業系統存取，而先不需考慮所在位置上該處理器實際運作時的狀況(例如運作時的溫度與消耗功率)，因此顯著不同於於上述之現有技術，例如US Pub.2002/087903以及US Pub.2005/0278520。但應知本發明亦可與現有技術加以整合。
根據本發明一實施例，電腦系統包含●設置於一第一區的一第一處理器；●設置於一第二區的一第二處理器；●一作業系統，係由該第一處理器及/或該第二處理器及/或該第一處理器與該第二處理器以外之一處理器執行；●該作業系統中之一排序單元；●該作業系統中之一排程單元；●其中該排序單元根據根據該第一區與該第二區的熱條件對該第一處理器與該第二處理器進行排序，而該排程單元根據該排序單元所進行的排序，將一任務排程至該第一處理器與該第二處理器其中之一。
在本發明另一實施例中，一種排程方法係用於上述的電腦系統，其包含以下步驟：●根據該第一區與該第二區的熱條件對該第一處理器與該第二處理器進行排序；以及●根據前述步驟之排序將複數個任務中之一任務排程至該第一處理 器與該第二處理器其中之一。
本說明書中所提及的特色、優點、或類似表達方式並不表示，可以本發明實現的所有特色及優點應在本發明之任何單一的具體實施例內。而是應明白，有關特色及優點的表達方式是指結合具體實施例所述的特定特色、優點、或特性係包括在本發明的至少一具體實施例內。因此，本說明書中對於特色及優點、及類似表達方式的論述與相同具體實施例有關，但亦非必要。
參考以下說明及隨附申請專利範圍或利用如下文所提之本發明的實施方式，即可更加明瞭本發明的這些特色及優點。
100‧‧‧電腦系統
102‧‧‧電源供應器
104、104a、104b‧‧‧中央處理器
105a、105b‧‧‧插槽
106‧‧‧記憶體
108‧‧‧硬碟
110‧‧‧風扇
112‧‧‧介面韌體模組
OS‧‧‧作業系統
PR‧‧‧排序單元
TS‧‧‧排程單元
為了立即瞭解本發明的優點，請參考如附圖所示的特定具體實施例，詳細說明上文簡短敘述的本發明。在瞭解這些圖示僅描繪本發明的典型具體實施例並因此不將其視為限制本發明範疇的情況下，參考附圖以額外的明確性及細節來說明本發明，圖式中：圖1係依據本發明一具體實施例之電腦系統；圖2係依據本發明一具體實施例之電腦系統中之作業系統；圖3係依據本發明一具體實施例之電腦系統中之佈局；圖4係依據本發明一具體實施例之方法流程圖；圖5係依據本發明另一具體實施例之方法流程圖。
本說明書中「一具體實施例」或類似表達方式的引用是指結合該具體實施例所述的特定特色、結構、或特性係包括在本發明的至少一具體實施例中。因此，在本說明書中，「在一具體實施例中」及類似表達方式之用語的出現未必指相同的具體實施例。
熟此技藝者當知，本發明可實施為電腦系統/裝置、方法或作為電腦程式產品之電腦可讀媒體。因此，本發明可以實施為各種形式，例如完全的硬體實施例、完全的軟體實施例(包含韌體、常駐軟體、微程式碼等)，或者亦可實施為軟體與硬體的實施形式，在以下會被稱為「電路」、 「模組」或「系統」。此外，本發明亦可以任何有形的媒體形式實施為電腦程式產品，其具有電腦可使用程式碼儲存於其上。
一個或更多個電腦可使用或可讀取媒體的組合都可以利用。舉例來說，電腦可使用或可讀取媒體可以是(但並不限於)電子的、磁的、光學的、電磁的、紅外線的或半導體的系統、裝置、設備或傳播媒體。更具體的電腦可讀取媒體實施例可以包括下列所示(非限定的例示)：由一個或多個連接線所組成的電氣連接、可攜式的電腦磁片、硬碟機、隨機存取記憶體(RAM)、唯讀記憶體(ROM)、可抹除程式化唯讀記憶體(EPROM或快閃記憶體)、光纖、可攜式光碟片(CD-ROM)、光學儲存裝置、傳輸媒體(例如網際網路(Internet)或內部網路(intranet)之基礎連接)、或磁儲存裝置。需注意的是，電腦可使用或可讀取媒體更可以為紙張或任何可用於將程式列印於其上而使得該程式可以再度被電子化之適當媒體，例如藉由光學掃描該紙張或其他媒體，然後再編譯、解譯或其他合適的必要處理方式，然後可再度被儲存於電腦記憶體中。在本文中，電腦可使用或可讀取媒體可以是任何用於保持、儲存、傳送、傳播或傳輸程式碼的媒體，以供與其相連接的指令執行系統、裝置或設備來處理。電腦可使用媒體可包括其中儲存有電腦可使用程式碼的傳播資料訊號，不論是以基頻(baseband)或是部分載波的型態。電腦可使用程式碼之傳輸可以使用任何適體的媒體，包括(但並不限於)無線、有線、光纖纜線、射頻(RF)等。
用於執行本發明操作的電腦程式碼可以使用一種或多種程式語言的組合來撰寫，包括物件導向程式語言(例如Java、Smalltalk、C++或其他類似者)以及傳統程序程式語言(例如C程式語言或其他類似的程式語言)。程式碼可以獨立軟體套件的形式完整的於使用者的電腦上執行或部分於使用者的電腦上執行，部分於使用者電腦而部分於遠端電腦，或完整的於遠端電腦。
於以下本發明的相關敘述會參照依據本發明具體實施例之電腦裝置、方法及電腦程式產品之流程圖及/或方塊圖來進行說明。當可理解每一個流程圖及/或方塊圖中的每一個方塊，以及流程圖及/或方塊圖中方塊的任何組合，可以使用電腦程式指令來實施。這些電腦程式指令 可供通用型電腦或特殊電腦的處理器或其他可程式化資料處理裝置所組成的機器來執行，而指令經由電腦或其他可程式化資料處理裝置處理以便實施流程圖及/或方塊圖中所說明之功能或操作。
這些電腦程式指令亦可被儲存在電腦可讀取媒體上，以便指示電腦或其他可程式化資料處理裝置來進行特定的功能，而這些儲存在電腦可讀取媒體上的指令構成一製成品，其內包括之指令可實施流程圖及/或方塊圖中所說明之功能或操作。
電腦程式指令亦可被載入到電腦上或其他可程式化資料處理裝置，以便於電腦或其他可程式化裝置上進行一系統操作步驟，而於該電腦或其他可程式化裝置上執行該指令時產生電腦實施程序以達成流程圖及/或方塊圖中所說明之功能或操作。
<系統架構>
圖1顯示一實施例中之電腦系統100之硬體架構。電腦系統100包含電源供應器102、中央處理器104、記憶體106、硬碟108、風扇110、與介面韌體模組112。電腦系統100的其他基本架構與元件可參見一般的個人電腦或伺服器，例如IBM公司的System X、BladeCenter或eServer伺服器。與本發明無關的細節將省略不予描述。
當電腦系統100運作時，電源供應器102主要提供直流電源給中央處理器104、記憶體106、硬碟108、及風扇110。需說明的是，電源供應器102、中央處理器104、記憶體106、硬碟108在運作時會產生大量的熱，而風扇110的用途即是將其加以冷卻。
特別地，電腦系統100係為一多處理器系統，即具有複數個中央處理器104，其中一或多個中央處理器104係用以執行作業系統OS(例如Linux)。如圖2所示，作業系統OS中係包含有排序單元PR以及排程單元TS。更多細節將說明於後。
需說明的是，而圖1中僅繪示出兩個中央處理器104，但本發明並不限於此。關於電腦系統100的細節，具體可參考例如IBM System x3755 M3，其可設置有4個AMD Opteron 6200 series處理器，每一處理器可具有16核心(最高2.5 GHz)或12核心(最高2.6 GHz)或8核心(最高 3.0 GHz)。更多關於IBM System x3755 M3的細節請見所發佈的技術文件IBM System x3755 M3：IBM Redbooks Product Guide，在此以引用的方式併入本文。
介面韌體模組112可例如但不限於一具EFI(即延伸式韌體介面，Extensible Firmware Interface)、UEFI(即通用可延伸式韌體介面，Universal Extensible Firmware Interface)、BIOS(即基本輸出入系統，Basic Input/Output System)、或其它界面的唯讀記憶體(ROM)，惟本發明並不欲加以限制。在此實施例中，介面韌體模組112係維持電腦系統100中硬體資料，例如ACPI表(ACPI table)，以供電腦系統100的作業系統OS(見圖2)存取。關於ACPI表，可參考Intel公司所發佈的技術文件ACPI Table Storage Specification(v091)，在此不予贅述。
圖3進一步顯示電腦系統100中的系統佈局。應可知圖3係為了說明本發明為目的而極端簡化，而顯示電源供應器102、兩個中央處理器104a與104b、及風扇110，其中兩個中央處理器104a與104b係分別設置在處理器插槽150a與150b。實際的系統佈局可參考前述技術文件IBM System x3755 M3：IBM Redbooks Product Guide。另外需說明的是，電腦系統100之作業系統可由中央處理器104a及/或中央處理器104b來執行，但亦可由中央處理器104a與104b外的中央處理器(圖3中未顯示)來執行。
在圖3的實施例中，處理器插槽150a一方面距離冷卻風扇110較近，而可接收較多的冷卻氣流，因此處理器插槽150a的熱條件將優於處理器插槽150b。另一方面，電源供應器102在溫度時會產生大量的熱，而處理器插槽150b距離電源供應器102較近，而收到來自電源供應器102較多的熱影響，因此處理器插槽150a的熱條件將優於處理器插槽150b。藉此，在系統設計時，設計師可利用對於各冷熱源的距離，或是利用更精細的熱流模擬，針對處理器插槽150a與105b的熱條件進行分析，並針對不同的熱條件變因(factor)給予不同的影響值，如下表1之範例所示，並預存於介面韌體模組112中(例如ACPI DSTD表)，供作業系統OS(見圖2)存取。
需說明的是，單一熱條件變因(例如電源供應器)所產生的影響值，主要係反映其對於處理器插槽150a與處理器插槽150b的熱條件影響的相對差異。因此在考量處理器插槽150a與處理器插槽150b的整體熱條件差異時，可將不同熱條件變因的影響值直接累加，但系統設計師亦可給予不同的權重，本發明對此並不欲加以限制。
在另一實施例中，由於處理器插槽150a與150b一般皆相鄰設置，而設置於其上的處理器104a與104b在運作時亦會產生大量的熱而彼此影響。因此若在系統設計時已預先得知處理器104a或104b的特定資料(例如標稱消耗功率(nominal consumed power))，則可如以下表2所示，進一步考量鄰近插槽上所設置的處理器在運作時對此插槽熱條件的影響。舉例來說，可考量設置在插槽105b上的中央處理器104b對插槽105a的影響。需知處理器104a與104b不一定相同(identical)，因此對插槽熱條件的影響也可能不同，如以下表2所示。
透過上述作法，即可將插槽150a與插槽150b的整體熱條件予以量化，而可供後續自動化判斷或是資料處理之用。另外需說明的是，插槽150a與插槽150b的整體熱條件除了如上述可在系統設計時透過模擬而預先指定，亦可在系統運作時對各熱條件變因進行實際量測後而得出。
以下配合圖4之流程圖說明本發明實施例之任務排程方法。
●步驟400：系統設計師決定處理器插槽150a與150b各自的熱條件，並指定對應值以寫入或更新至介面韌體模組112中。系統設計師亦可因應各式硬體元件的型號(例如不同功率的風扇)對插槽150a與150b各自的熱條件指定一組對應值，供作業系統OS視實際狀況從中擇一使用。此外較佳地，介面韌體模組112具有ACPI DSTD表以儲存插槽150a與150b的熱條件之值，並可透過UEFI供作業系統OS存取。
●步驟402：電腦系統100開機，作業系統OS進行初始化，並透過UEFI存取介面韌體模組112並選擇適當的處理器插槽150a與150b的熱條件值(例如上述表1或表2)。
●步驟404：作業系統OS中的排序單元PR根據步驟402中所取得處理器插槽150a與150b的熱條件值，將設置於處理器插槽150a與150b上的處理器104a與104b進行排序。在此實施例中，排序單元PR將熱條件較優(即上述表1或表2中總和熱條件值較低者)的處理器插槽上的處理器給予優先順位。若以表2的熱條件值為例，則設置於處理器插槽150b上的處理器140b將優先於處理器插槽150a上的處理器140a。應可知圖3中雖僅以兩個處理器140a與140b以及相對應兩個處理器插槽150a與150b為範例，但在電腦系統100具有三個以上的處理器(以及相對的處理器插槽)的實施例中，則排序單元PR可根據各個處理器插槽的熱條件對所有的處理器排序。
●步驟406：作業系統OS中的排程單元TS係依據步驟404中排 序單元PR的優先順位，例如處理器140b優於處理器140a，而先確認處理器140b是否已經滿載。若處理器140b未滿載，則將任務排程給處理器140b(步驟408)，若處理器140b已滿載，則將任務排程給排序單元PR的排序中下一順位的處理器(即處理器104a)(步驟410)。
相較於上述步驟406，圖5之流程圖說明本發明另一實施例中作業系統OS中的排程單元TS之排程方法，其係可接續在圖4之步驟404後實施。
●步驟506：作業系統OS中的排程單元TS係依據一預定規則(例如Round Robin演算法)將一任務排程至，例如處理器140a。在此步驟中，排程單元TS可先不理會排序單元PR的排序。
●步驟508：在一實施例中，排程單元TS判斷處理器140a是否在步驟404中排序單元PR的排序具有最優先的順位，而在另一實施例中排程單元TS判斷處理器140a是否尚未滿載且處理器140a是否在步驟404中排序單元PR的排序具有最優先的順位。在上述兩個實施例中，若是，則保留步驟506的排程(步驟510)，若否，表示處理器140a已經滿載或是處理器140a未滿載但並非居於最優先順位，則將該任務退回給排程單元TS(步驟512)，並回到步驟506重新排程至其他的處理器，直到進行到步驟510。
需說明的是，在以上的範例中，任務排程係基於插槽的熱條件(或環境條件)，且在本發明中插槽的熱條件並不考慮設置在插槽上處理器所產生的熱(表2係考慮設置在鄰近插槽上的處理器)。但本發明的教示(即插槽的熱條件)亦可與現有技術中考量該插槽上處理器的溫度(即處理器當下的熱條件)進行任務排程的作法加以整合，本發明對此並未加以限制。
在不脫離本發明精神或必要特性的情況下，可以其他特定形式來體現本發明。應將所述具體實施例各方面僅視為解說性而非限制性。 因此，本發明的範疇如隨附申請專利範圍所示而非如前述說明所示。所有落在申請專利範圍之等效意義及範圍內的變更應視為落在申請專利範圍的範疇內。

Claims (13)

  1. 一種電腦系統，包含：一第一處理器，設置於該電腦系統中之一第一區；一第二處理器，設置於該電腦系統中之一第二區；一作業系統，係由該第一處理器及/或該第二處理器及/或該第一處理器與該第二處理器以外之一處理器執行，該作業系統包含：一排序單元，用於根據該第一區與該第二區的熱條件對該第一處理器與該第二處理器進行排序(prioritize)，其中該第一區的熱條件係相關於該第一處理器之外的熱源或冷卻源對該第一處理器所在位置的熱貢獻或冷卻貢獻，而該第二區的熱條件係相關於該第二處理器之外的熱源或冷卻源對該第二處理器所在位置的熱貢獻或冷卻貢獻，其中該第一處理器之外的熱源或冷卻源不同於該第二處理器之外的熱源或冷卻源；以及一排程單元，用於根據該排序單元所進行的排序，將一任務(task)排程至該第一處理器與該第二處理器其中之一。
  2. 如請求項1的電腦系統，更包含一冷卻裝置用以冷卻該第一處理器與該第二處理器，其中該第一區與該第二區的熱條件係相關於該冷卻裝置在該第一區與該第二區所提供的冷卻效果(cooling influence)。
  3. 如請求項1的電腦系統，更包含一熱裝置，設置該電腦系統中該第一區與該第二區以外的區，其中該第一區與該第二區的熱條件係相關於該熱裝置在該第一區與該第二區所提供的熱效果(thermal influence)。
  4. 如請求項1的電腦系統，其中該第一區的熱條件係相關於該第二處理器在該第一區所提供的熱效果，而該第二區的熱條件係相關於該第一處理器在該第二區所提供的熱效果。
  5. 如請求項1-4中任一項的電腦系統，更包含一介面韌體模組，與該排序單元連結，其中該介面韌體模組預存分別對應該第一區與該第二區的熱條件之值，供該排序單元存取。
  6. 一種排程方法，用於如請求項1-4中任一項之電腦系統，該方法包含：(a)根據該第一區與該第二區的熱條件對該第一處理器與該第二處理器進行排序(prioritize)；以及(b)根據步驟(a)之排序將一任務排程至該第一處理器與該第二處理器其中之一。
  7. 如請求項6之方法，其中步驟(b)更包含：根據步驟(a)之排序並判斷該第一處理器與該第二處理器是否滿載，並據此將該任務排程至該第一處理器與該第二處理器其中之一。
  8. 如請求項6之方法，其中步驟(b)更包含：(b1)根據一預定規則將該任務排程至該第一處理器；(b2)判斷該第一處理器是否在步驟(a)之排序中優先於該第二處理器；(b3)若步驟(b2)之判斷為是，則保留步驟(b1)的排程；以及(b4)若步驟(b2)之判斷為否，則將該任務排程至該第二處理器。
  9. 如請求項6之方法，其中步驟(b)更包含：(b1)根據一預定規則將該任務排程至該第一處理器；(b2)判斷該第一處理器是否在步驟(a)之排序中優先於該第二處理器且該第一處理器尚未滿載；(b3)若步驟(b2)之判斷為是，則保留步驟(b1)的排程；以及(b4)若步驟(b2)之判斷為否，則將該任務排程至該第二處理器。
  10. 如請求項6之方法，其中該電腦系統包含一介面韌體模組，與該排序單元連結，其中該記憶體用以預存分別對應該第一區與該第二區的熱條件之值，供該排序單元存取；該方法更包含：設定或調整該介面韌體模組中對應該第一區與該第二區的熱條件之值；其中步驟(a)係根據根據該第一區與該第二區的熱條件之值對該第一處理器與該第二處理器進行排序。
  11. 一種介面韌體模組，設置於如請求項1-4中任一項的電腦系統，該介面韌體模組係與該排序單元連結，並預存分別對應該第一區與該第二區的熱條件之值，供該排序單元存取。
  12. 一種作業系統，係由一電腦系統中一第一處理器及/或一第二處理器及/或該第一處理器與該第二處理器以外之一處理器執行，其中該第一處理器設置於該電腦系統中之一第一區而該第二處理器設置於該電腦系統中之一第二區，該作業系統包含：一排程單元，用於根據該第一區與該第二區的熱條件，將一任務排程至該第一處理器與該第二處理器其中之一，其中該第一區的熱條件係相關於該第一處理器之外的熱源或冷卻源對該第一處理器所 在位置的熱貢獻或冷卻貢獻，而該第二區的熱條件係相關於該第二處理器之外的熱源或冷卻源對該第二處理器所在位置的熱貢獻或冷卻貢獻，其中該第一處理器之外的熱源或冷卻源不同於該第二處理器之外的熱源或冷卻源。
  13. 如請求項12的作業系統，更包含：一排序單元，用於根據該第一區與該第二區的熱條件對該第一處理器與該第二處理器進行排序；其中該排程排程單元用於根據該排序單元所進行的排序，將該任務排程至該第一處理器與該第二處理器其中之一。
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