Afstemmen van processorkrachtbeheer (PPM) voor het Windows Server Balanced Power Plan

Vanaf Windows Server 2008 biedt Windows Server drie energiebeheerschema's: Evenwichtige, Hoge prestaties en Energiebesparing. Het energiebeheerschema Balanced is de standaardkeuze die de beste energie-efficiëntie voor een set typische serverworkloads wil bieden. In dit onderwerp worden de werkbelastingen beschreven die zijn gebruikt om de standaardinstellingen voor het schema Evenwichtig voor de afgelopen versies van Windows te bepalen.

Als u een serversysteem uitvoert met aanzienlijk verschillende workloadkenmerken of prestatie- en energievereisten dan deze werkbelastingen, kunt u overwegen om de standaard energie-instellingen af te stemmen (dat wil wel een aangepast energieschema maken). Een bron van nuttige afstemmingsinformatie is de Serverhardware-energieoverwegingen. U kunt ook besluiten dat het energiebeheerschema van hoge prestaties de juiste keuze is voor uw omgeving, waarbij u erkent dat u waarschijnlijk een aanzienlijke energietreffer zult nemen in ruil voor een bepaald niveau van verhoogde reactiesnelheid.

Methodologie voor afstemmen van Windows-processorkracht

Geteste workloads

Werkbelastingen worden geselecteerd om een zo goed mogelijke vertegenwoordiging van 'typische' Windows Server-workloads af te dekken. Deze set is uiteraard niet bedoeld als vertegenwoordiger van de volledige breedte van echte serveromgevingen.

Het afstemmen van elk energiebeleid is gegevensgestuurd door de volgende vijf workloads die zijn geïntroduceerd met Windows Server 2008.

• IIS-webserver workload

  Een interne Microsoft-benchmark met de naam Web Fundamentals wordt gebruikt voor het optimaliseren van de energie-efficiëntie van platforms waarop IIS-webserver wordt uitgevoerd. De installatie bevat een webserver en meerdere clients die het webtoegangsverkeer simuleren. De distributie van dynamische, statische warme (in-memory) en statische koude (waarvoor schijftoegang vereist is) webpagina's is gebaseerd op statistische studies van productieservers. Om de CPU-kernen van de server te pushen naar volledig gebruik (één uiteinde van het geteste spectrum), heeft de installatie voldoende snelle netwerk- en schijfresources nodig.

• SQL Server Database-workload

  De TPC-E-benchmark is een populaire benchmark voor databaseprestatieanalyse. Het wordt gebruikt om een OLTP-workload te genereren voor PPM-afstemmingsoptimalisaties. Deze workload heeft een aanzienlijke I/O-schijf en heeft daarom een hoge prestatievereiste voor het opslagsysteem en de geheugengrootte.

• Workload bestandsserver

  Een door Microsoft ontwikkelde benchmark met de naam FSCT wordt gebruikt om een SMB-bestandsserverworkload te genereren. Er wordt een grote bestandsset op de server gemaakt en er worden veel clientsystemen (werkelijk of gevirtualiseerd) gebruikt voor het genereren van geopende, gesloten, lees- en schrijfbewerkingen. De bewerkingsmix is gebaseerd op statistische studies van productieservers. Het benadrukt CPU-, schijf- en netwerkbronnen.

• SPECpower – Java-werkbelasting

  SPECpower_ssj2008 is de eerste industriestandaard SPEC-benchmark die gezamenlijk energie- en prestatiekenmerken evalueert. Het is een Java-workload aan de serverzijde met verschillende CPU-belastingniveaus. Er zijn niet veel schijf- of netwerkbronnen nodig, maar er zijn bepaalde vereisten voor geheugenbandbreedte. Bijna alle CPU-activiteit wordt uitgevoerd in de gebruikersmodus; Activiteit in de kernelmodus heeft niet veel invloed op de energie- en prestatiekenmerken van de benchmarks, met uitzondering van de beslissingen over energiebeheer.

• Toepassingsserver Workload

  De SAP-SD-benchmark wordt gebruikt om een workload van een toepassingsserver te genereren. Er wordt een installatie met twee lagen gebruikt, met de database en de toepassingsserver op dezelfde serverhost. Deze workload maakt ook gebruik van de reactietijd als prestatiemetriek, wat verschilt van andere geteste workloads. Het wordt dus gebruikt om de impact van PPM-parameters op reactiesnelheid te controleren. Het is echter niet bedoeld om alle latentiegevoelige productieworkloads te vertegenwoordigen.

Alle benchmarks behalve SPECpower zijn oorspronkelijk ontworpen voor prestatieanalyse en zijn daarom gemaakt om te worden uitgevoerd op piekbelastingsniveaus. Gemiddelde tot lichte belastingniveaus zijn echter gebruikelijker voor echte productieservers en zijn interessanter voor optimalisaties van evenwichtige plannen. We voeren de benchmarks opzettelijk uit op verschillende belastingsniveaus van 100% tot 10% (in 10% stappen) met behulp van verschillende beperkingsmethoden (bijvoorbeeld door het aantal actieve gebruikers/clients te verminderen).

De bovenstaande workloads gebruiken doorvoer als prestatiemetriek voor het afstemmen. Tijdens de stationaire toestand verandert de doorvoer niet bij verschillende bezettingsgraden totdat het systeem overbelast is (~100% bezettingsgraad). Als gevolg hiervan geeft het evenwichtige energiebeheerschema de voorkeur aan veel energie met het minimaliseren van de processorfrequentie en het maximaliseren van het gebruik. Vanaf Windows Server 2016 is de vereiste van snelle reactietijd aanzienlijk toegenomen. Hoewel Microsoft heeft voorgesteld dat gebruikers overschakelen naar het energiebeheerschema met hoge prestaties wanneer ze snelle reactietijd nodig hebben, willen sommige gebruikers het energievoordeel niet verliezen tijdens lichte tot gemiddelde belastingsniveaus. Daarom omvat het afstemmen van Windows Server PPM ook reactietijdgevoelige workloads voor het afstemmen.

• GeekBench

  GeekBench is een platformoverschrijdende processorbench die de scores voor prestaties met één kern en multi-core scheidt. Hiermee wordt een reeks werkbelastingen gesimuleerd, waaronder gehele getal werkbelastingen (versleuteling, compressies, afbeeldingsverwerking, enzovoort), werkbelastingen met drijvende komma (modellering, fractals, afbeeldingsverscherping, afbeeldingsvervaging, enzovoort) en geheugen werkbelastingen (streaming).

  Reactietijd is een belangrijke meting in de scoreberekening. In ons geteste systeem heeft het standaard Balanced energiebeheerschema van Windows Server 2008 ongeveer 18% regressie in tests met één kern en ~40% regressie in multi-coretests in vergelijking met het High Performance energiebeheerschema. Windows Server 2016 verwijdert deze regressies.

• DiskSpd

  Diskspd is een opdrachtregelprogramma voor opslagbenchmarking die is ontwikkeld door Microsoft. Het wordt veel gebruikt om verschillende aanvragen te genereren op basis van opslagsystemen voor de analyse van opslagprestaties.

  We hebben een [failovercluster] ingesteld en Diskspd gebruikt om willekeurige en sequentiële IO's voor lezen en schrijven naar de lokale en externe opslagsystemen te genereren met verschillende IO-grootten. Onze tests tonen aan dat de IO-reactietijd gevoelig is voor processorfrequentie onder verschillende energiebeheerschema's. Het standaard Windows Server 2008 Gebalanceerde energieplan kan de responstijd verdubbelen ten opzichte van het Hoge prestaties energieplan onder bepaalde werkbelastingen. Windows Server 2016 Balance-energiebeheerschema verwijdert de meeste regressies.

Hardwareconfiguraties

Voor elke release van Windows worden de meest recente productieservers gebruikt in het analyse- en optimalisatieproces van het energiebeheerschema. In sommige gevallen werden de tests uitgevoerd op preproductiesystemen waarvan de releaseplanning overeenkomt met die van de volgende Windows-release.

Aangezien de meeste servers worden verkocht met 1 tot 4 processorsockets, en omdat scale-upservers minder waarschijnlijk energie-efficiëntie hebben als primair probleem, worden de optimalisatietests voor energieplannen voornamelijk uitgevoerd op 2-socket- en 4-socketsystemen. De hoeveelheid RAM-, schijf- en netwerkbronnen voor elke test wordt gekozen om elk systeem de volledige capaciteit te laten uitvoeren, terwijl rekening wordt gehouden met de kostenbeperkingen die normaal gesproken gelden voor echte serveromgevingen, zoals het redelijk houden van de configuraties.

Metrics

Alle geteste benchmarks gebruiken doorvoer als prestatiemetriek. Reactietijd wordt beschouwd als een SLA-vereiste voor deze workloads (met uitzondering van SAP, waarbij het een primaire metrische waarde is). Een benchmarkuitvoering wordt bijvoorbeeld beschouwd als 'geldig' als het gemiddelde of de maximale reactietijd kleiner is dan bepaalde waarde.

Daarom gebruikt de PPM-afstemmingsanalyse ook doorvoer als prestatiemetriek. Op het hoogste belastingsniveau (100% CPU-gebruik) is het ons doel dat de doorvoer niet meer dan een paar procent moet afnemen vanwege energieverbruikoptimalisaties. Maar de belangrijkste overweging is om de energie-efficiëntie (zoals hieronder gedefinieerd) te maximaliseren op gemiddelde en lage belastingsniveaus.

Het uitvoeren van de CPU-kernen met lagere frequenties vermindert het energieverbruik. Lagere frequenties verlagen doorgaans de doorvoer en verhogen de reactietijd. Voor het evenwichtige energieschema is er een opzettelijke afweging van reactiesnelheid en energie-efficiëntie. De SAP-werkbelastingtests, evenals de reactietijd-SLA's voor de andere workloads, zorgen ervoor dat de reactietijdsverhoging niet hoger is dan een bepaalde drempelwaarde (5% als voorbeeld) voor deze specifieke workloads.

Standaardparameters voor windows Server-energiebeheerschema's met gelijke taakverdeling

Vanaf Intel Broadwell-processors met Windows Server 2016 gebruikt het energiebeheer van Windows Server Intel's Hardware Controlled P-states (HWP) als standaard op Intel-systemen. HWP is een nieuwe mogelijkheid voor een coöperatief hardware- en softwareprestatiebeheer. Wanneer HWP is ingeschakeld, bewaakt CPU de activiteit en schaalbaarheid en selecteert de frequentie op hardwaretijdschaal. Het besturingssysteem is niet langer vereist voor het bewaken van activiteit en het selecteren van frequenties met regelmatige tussenpozen. Overschakelen naar HWP heeft verschillende voordelen, zoals snelle reactie, betere kennis van de hardwarekrachtefficiëntie van processors en andere onderdelen onder TDP.

Voor het HWP-systeem heeft Windows nog steeds de optie om de minimale en maximale processorstatussen in te stellen om beperkingen te bieden. Het kan ook de parameter Energy Performance Preference (EPP) gebruiken om de balans tussen energie en prestaties in te stellen. Lagere waarde geeft de voorkeur aan prestaties en hogere waarde bevordert macht. De standaardwaarde 50 die het vermogen en de prestaties in balans brengt.

Voor Intel pre-Broadwell-systemen of systemen die geen HWP-ondersteuning hebben (bijvoorbeeld AMD-servers), heeft Windows nog steeds volledige controle en bepaalt processorfrequentie op basis van de PPM-parameters. De standaard PPM-parameters in Windows Server 2012R2 geven te veel prioriteit aan energiebesparing, wat de prestaties van de werkbelasting aanzienlijk kan beïnvloeden, vooral voor piekbelasting. Vier PPM-parameters zijn gewijzigd in Windows Server 2016 RS2 om de frequentie sneller rond gemiddeld belastingsniveau te laten toenemen.

De algoritmen voor energiebeheer op basis van CPU-gebruik kunnen de latentie van IO- of netwerkintensieve workloads schaden. Een logische processor kan inactief zijn tijdens het wachten op IO-voltooiing of netwerkpakketten, waardoor het totale CPU-gebruik laag is. Om dit probleem op te lossen, detecteert Windows Server 2019 automatisch de I/O-reactietijd en verhoogt de frequentievloer naar een hoger niveau. Het gedrag kan worden afgestemd door de volgende parameters, ongeacht of het systeem HWP gebruikt of niet.

Aangepaste afstemmingssuggesties

Als de kenmerken van uw primaire werkbelasting aanzienlijk verschillen van de vijf workloads die worden gebruikt voor het standaard afstemmen van het energiebeheerschema PPM, kunt u experimenteren door een of meer PPM-parameters te wijzigen om de beste keuze te maken voor uw omgeving.

Vanwege het aantal en de complexiteit van parameters kan dit een uitdagende taak zijn, maar als u op zoek bent naar de beste balans tussen het energieverbruik en de werkzaamheid van de werkbelasting voor uw specifieke omgeving, kan het de moeite waard zijn.

De volledige set Tunable PPM-parameters vindt u in het afstemmen van processorkrachtbeheer. Enkele van de eenvoudigste energieparameters waarmee u moet beginnen, kunnen zijn:

Voor systemen met HWP ingeschakeld:

• Voorkeur voor energieprestaties : grotere waarden geven meer voordelen dan prestaties

Voor niet-HWP-systeem:

• Drempelwaarde voor processorprestaties verhogen en tijdsverhoging van processorprestaties : grotere waarden vertragen het reactievermogen op verhoogde activiteit

• Drempelwaarde voor processorprestaties verlagen : grote waarden maken het energieantwoord op niet-actieve perioden sneller

• Tijd voor procesvermogensvermindering – grotere waarden verminderen de prestaties meer geleidelijk tijdens inactieve perioden

• Beleid voor prestatieverhoging van processor: het beleid 'Enkel' vertraagt de reactie perf op toegenomen en aanhoudende activiteit; het beleid "Raket" reageert snel op toegenomen activiteit

• Beleid voor verlaging van processorprestaties – het 'Enkel'-beleid vermindert de prestaties geleidelijk meer gedurende langere inactieve perioden; het 'Raket'-beleid verlaagt het vermogen zeer snel tijdens het ingaan van een inactieve periode.

Inzicht in de prestatie- en energievereisten op hoog niveau

Als uw werkbelasting 'realtime' is (bijvoorbeeld vatbaar voor storingen of andere zichtbare gevolgen voor gebruikers) of een zeer strikte responsiviteitsvereiste heeft (bijvoorbeeld een effectenmakelaar) en als het energieverbruik geen primair criterium voor uw omgeving is, moet u waarschijnlijk overschakelen naar het energieplan voor hoge prestaties. Anders moet u de reactietijdvereisten van uw workloads begrijpen en vervolgens de PPM-parameters afstemmen op de best mogelijke energie-efficiëntie die nog steeds aan deze vereisten voldoet.

Inzicht in de onderliggende werkbelastingkenmerken

U moet uw werkbelastingen kennen en de sets met experimentparameters ontwerpen voor het afstemmen. Als frequenties van de CPU-kernen bijvoorbeeld snel moeten worden verhoogd (misschien hebt u een bursty workload met aanzienlijke niet-actieve perioden, maar u hebt zeer snelle reactiesnelheid nodig wanneer er een nieuwe transactie langskomt), moet het beleid voor processorprestaties mogelijk worden ingesteld op 'raket' (wat, zoals de naam al aangeeft, de CPU-kernfrequentie naar de maximale waarde schiet in plaats van deze gedurende een bepaalde periode op te voeren).

Als uw werkbelasting erg fluctuerend is, kan het PPM-controle-interval worden verkort om de CPU-frequentie sneller te verhogen nadat een burst is binnengekomen. Als uw workload geen hoge thread gelijktijdigheid heeft, kan kernparking worden ingeschakeld om de werkbelasting af te dwingen op een kleiner aantal kernen uit te voeren, wat mogelijk ook de hitverhoudingen in de processorcache kan verbeteren.

Als u alleen de CPU-frequenties wilt verhogen op gemiddelde gebruiksniveaus (dat wil weten geen lichte workloadniveaus), kunnen de drempelwaarden voor processorprestaties worden verhoogd/verlaagd om niet te reageren totdat bepaalde activiteitsniveaus worden waargenomen.

Periodiek gedrag begrijpen

Er zijn mogelijk verschillende prestatievereisten voor dag- en nachturen of in het weekend, of er kunnen verschillende workloads zijn die op verschillende tijdstippen worden uitgevoerd. In dit geval is één set PPM-parameters mogelijk niet optimaal voor alle perioden. Aangezien meerdere aangepaste energiebeheerschema's kunnen worden ontworpen, is het mogelijk om zelfs af te stemmen op verschillende perioden en tussen energiebeheerschema's te schakelen via scripts of andere methoden voor dynamische systeemconfiguratie.

Nogmaals, dit voegt toe aan de complexiteit van het optimalisatieproces, dus het is een kwestie van hoeveel waarde wordt verkregen van dit type afstemming, wat waarschijnlijk moet worden herhaald wanneer er aanzienlijke hardware-upgrades of workloadwijzigingen zijn.

Daarom biedt Windows in de eerste plaats een evenwichtig energiebeheerschema, omdat het in veel gevallen waarschijnlijk niet de moeite waard is om de handafstemming voor een specifieke workload op een specifieke server te afstemmen.

Zie ook

• Prestatieoverwegingen voor serverhardware
• Overwegingen voor serverhardwarekracht
• Overzicht van energie- en prestatieafstemming voor Windows Server