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Réglage de la gestion de la puissance du processeur pour le plan de puissance équilibrée Windows Server

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À compter de Windows Server 2008, Windows Server fournit trois plans d’alimentation : Équilibré, Hautes performances et Économiseur d’énergie. Le plan d’alimentation Équilibré est le choix par défaut qui vise à offrir la meilleure efficacité énergétique pour un ensemble de charges de travail serveur classiques. Cette rubrique décrit les charges de travail qui ont été utilisées pour déterminer les paramètres par défaut du schéma Équilibré pour les dernières versions de Windows.

Si vous exécutez un système de serveur qui a des caractéristiques de charge de travail ou des exigences de performances et d’alimentation considérablement différentes de celles-ci, vous pouvez envisager de régler les paramètres d’alimentation par défaut (c’est à dire, créer un mode d’alimentation personnalisé). L’une des sources d’informations utiles sur le réglage est Considérations relatives à la puissance du matériel du serveur. Vous pouvez également décider que le plan d’alimentation Hautes performances est le bon choix pour votre environnement, en reconnaissant que vous aurez probablement un impact important sur l’énergie en échange d’un certain niveau de réactivité accrue.

Important

Vous devez tirer profit des stratégies d’alimentation incluses dans Windows Server, sauf si vous avez un besoin spécifique d’en créer une personnalisée et que vous comprenez très bien que vos résultats vont varier en fonction des caractéristiques de votre charge de travail.

Méthodologie du réglage de l’alimentation du processeur Windows

Charges de travail testées

Les charges de travail sont sélectionnées pour couvrir au mieux un ensemble de charges de travail Windows Server classiques. Évidemment, cet ensemble n’est pas représentatif de toute l’étendue des environnements serveur réels.

Le réglage dans chaque stratégie d’alimentation est piloté par les données des cinq charges de travail suivantes qui ont démarrées depuis Windows Server 2008

  • Charge de travail du serveur Web IIS

    Un benchmark interne Microsoft appelé Notions de base du web est utilisé pour optimiser l’efficacité énergétique des plateformes exécutant IIS Web Server. Le programme d’installation contient un serveur web et plusieurs clients qui simulent le trafic de l’accès web. La distribution des pages web dynamiques, statiques chaudes (en mémoire) et statiques froides (accès au disque obligatoire) est basée sur des études statistiques sur les serveurs de production. Pour pousser les cœurs du processeur du serveur jusqu’à une utilisation complète (une extrémité du spectre testé), l’installation a besoin de ressources réseau et disque suffisamment rapides.

  • Charge de travail de base de données SQL Server

    Le point de référence TPC-E est populaire pour l’analyse des performances des bases de données. Il est utilisé pour générer une charge de travail OLTP pour les optimisations de réglage PPM. Cette charge de travail a des E/S disque importantes et, par conséquent, a des exigences de haute performance pour le système de stockage et la taille de la mémoire.

  • Charge de travail du serveur de fichiers

    Un point de référence développé par Microsoft appelé FSCT est utilisé pour générer une charge de travail de serveur de fichiers SMB. Il crée un jeu de fichiers volumineux sur le serveur et utilise de nombreux systèmes clients (réels ou virtualisés) pour générer des opérations d’ouverture, de fermeture, de lecture et d’écriture de fichiers. La combinaison des opérations est fondée sur des études statistiques sur les serveurs de production. Elle met l’accent sur le processeur, le disque et les ressources réseau.

  • Charge de travail SPECpower – JAVA

    SPECpower_ssj2008 est le premier point de référence SPEC standard qui évalue conjointement les caractéristiques de puissance et de performances. Il s’agit d’une charge de travail Java côté serveur avec différents niveaux de charge du processeur. Il ne nécessite pas beaucoup de ressources de disque ou réseau, mais il a des exigences en matière de bande passante mémoire. Presque toute l’activité du processeur est effectuée en mode utilisateur. L’activité en mode noyau n’a pas beaucoup d’impact sur les caractéristiques de puissance et de performances des points de référence, à l’exception des décisions de gestion de l’alimentation.

  • Charge de travail du serveur d’applications

    Le point de référence SAP-SD est utilisé pour générer une charge de travail de serveur d’applications. Une configuration à deux niveaux est utilisée, avec la base de données et le serveur d’applications sur le même hôte du serveur. Cette charge de travail utilise également le temps de réponse comme indicateur de performance, qui diffère des autres charges de travail testées. Par conséquent, il est donc utilisé pour vérifier l’impact des paramètres PPM sur la réactivité. Néanmoins, il n’est pas destiné à être représentatif de l’ensemble des charges de travail de production sensibles à la latence.

Tous les points de référence, à l’exception de SPECpower, ont été initialement conçus pour l’analyse des performances et ont donc été créés pour s’exécuter aux niveaux de pointe de charge. Toutefois, les niveaux de charge moyens à légers sont plus courants pour les serveurs de production réels et sont plus intéressants pour les optimisations de plan Équilibré. Nous exécutons intentionnellement les points de référence à différents niveaux de charge allant de 100 % à 10 % (par étapes de 10 %) à l’aide de différentes méthodes de limitation (par exemple, en réduisant le nombre d’utilisateurs/clients actifs).

Les charges de travail ci-dessus utilisent le débit comme indicateur de performance pour le réglage. Lors d’un état stable, le débit ne change pas avec des utilisations variables jusqu’à ce que le système soit surchargé (utilisation d’environ 100 %). Par conséquent, le plan d’alimentation Équilibré favorise beaucoup l’alimentation avec la réduction de la fréquence du processeur et la maximisation de l’utilisation. À partir de Windows Server 2016, l’exigence de temps de réponse rapide a considérablement augmenté. Même si Microsoft a suggéré aux utilisateurs de passer au mode d’alimentation Hautes performances lorsqu’ils ont besoin d’un temps de réponse rapide, certains utilisateurs ne veulent pas perdre l’avantage de l’alimentation pendant les niveaux de charge légers à moyens. Par conséquent, le réglage de Windows Server PPM inclut aussi des charges de travail sensibles au temps de réponse pour le réglage.

  • GeekBench 3

    GeekBench 3 est un point de référence de processeur multi-plateforme qui sépare les scores pour les performances à cœur unique et à plusieurs cœurs. Il simule un ensemble de charges de travail, notamment des charges de travail entières (chiffrements, compressions, traitement d’images, etc.), des charges de travail à virgule flottante (modélisation, fractale, netteté des images, floutage d’images, etc.) et des charges de travail de mémoire (diffusion en continu).

    Le temps de réponse est une mesure importante dans son calcul du score. Dans notre système testé, le plan d’alimentation Équilibré par défaut de Windows Server 2008 a une régression d’environ 18 % dans les tests à cœur unique et une régression d’environ 40 % dans les tests à plusieurs cœurs par rapport au plan d’alimentation Hautes performances. Windows Server 2016 supprime ces régressions.

  • DiskSpd

    Diskspd est un outil en ligne de commande pour l’analyse comparative du stockage développé par Microsoft. Il est largement utilisé pour générer diverses requêtes sur les systèmes de stockage afin d’analyser les performances de stockage.

    Nous avons configuré un [cluster de basculement], et utilisé Diskspd pour générer des E/S aléatoires et séquentielles, et lire et écrire des E/S dans les systèmes de stockage locaux et distants avec des tailles d’E/S différentes. Nos tests montrent que le temps de réponse d’E/S est sensible à la fréquence du processeur dans différents plan d’alimentation. Le plan d’alimentation Équilibré Windows Server 2008 par défaut peut doubler le temps de réponse du plan d’alimentation Hautes performances sous certaines charges de travail. Le plan d’alimentation Équilibré de Windows Server 2016 supprime la plupart des régressions.

Important

À partir des processeurs Intel [Broadwell] exécutant Windows Server 2016, la plupart des décisions de gestion de l’alimentation du processeur sont prises au niveau du processeur plutôt qu’au niveau du système d’exploitation pour s’adapter plus rapidement aux modifications de la charge de travail. Les paramètres PPM hérités utilisés par le système d’exploitation ont un impact minimal sur les décisions de fréquence réelles, sauf en indiquant au processeur s’il doit favoriser la puissance ou la performance, ou en limitant les fréquences minimales et maximales. De ce fait, les résultats de réglage PPM mentionnés ici ne sont observés que sur les systèmes pré-Broadwell.

Configurations matérielles

Pour chaque version de Windows, les serveurs de production les plus récents sont utilisés dans le processus d’analyse et d’optimisation du plan d’alimentation. Dans certains cas, les tests ont été effectués sur des systèmes de pré-production dont le calendrier de publication correspondait à celui de la prochaine version de Windows.

Étant donné que la plupart des serveurs sont vendus avec 1 à 4 sockets processeur, et que les serveurs de mise à l’échelle sont moins susceptibles d’avoir comme préoccupation principale l’efficacité énergétique, les tests d’optimisation du plan d’alimentation sont principalement exécutés sur des systèmes à 2 sockets et 4 sockets. La quantité de RAM, de disque et de ressources réseau pour chaque test est choisie pour permettre à chaque système de s’exécuter jusqu’à sa pleine capacité, tout en tenant compte des restrictions de coût qui seraient normalement en place dans les environnements serveur réels, telles que le maintien des configurations raisonnables.

Important

Même si le système peut s’exécuter à sa charge maximale, nous optimisons généralement les niveaux de charge inférieurs, car les serveurs qui s’exécutent constamment à leurs niveaux de charge de pointe utiliseraient, à juste titre, le plan d’alimentation Hautes performances, sauf si l’efficacité énergétique est une priorité élevée.

Mesures

Tous les points de référence testés utilisent le débit comme indicateur de performance. Le temps de réponse est considéré comme une exigence SLA pour ces charges de travail (à l’exception de SAP, où il s’agit d’un indicateur principal). Par exemple, une exécution de point de référence est considérée comme « valide » si le temps de réponse moyen ou maximal est inférieur à une certaine valeur.

Par conséquent, l’analyse du réglage PPM utilise également le débit comme indicateur de performance. Au niveau de charge le plus élevé (utilisation de 100 % du processeur), notre objectif est que le débit ne diminue pas de plus de quelques pour cent en raison des optimisations de la gestion de l’alimentation. Cependant, le principal facteur à prendre en compte est d’optimiser l’efficacité énergétique (comme défini ci-dessous) à des niveaux de charge moyens et faibles.

power efficiency formula

L’exécution des cœurs de processeur à des fréquences plus faibles réduit la consommation d’énergie. Toutefois, les fréquences plus faibles réduisent généralement le débit et augmentent le temps de réponse. Pour le plan d’alimentation Équilibré, il existe un compromis intentionnel de réactivité et d’efficacité énergétique. Les tests de charge de travail SAP, ainsi que les contrats SLA de temps de réponse sur les autres charges de travail, vérifient que l’augmentation du temps de réponse ne dépasse pas un certain seuil (5 % par exemple) pour ces charges de travail spécifiques.

Notes

Si la charge de travail est très sensible au temps de réponse, le système doit passer au plan d’alimentation Hautes performances ou modifier le plan d’alimentation Équilibré pour augmenter de façon très agressive la fréquence lors de son exécution.

Paramètres par défaut du plan d’alimentation Équilibré Windows Server

À partir des processeurs Intel Broadwell exécutant Windows Server 2016, la gestion de l’alimentation de Windows Server utilise par défaut les états Hardware Controlled P (HWP) d’Intel sur les systèmes Intel. HWP est une nouvelle fonctionnalité permettant de contrôler en coopération les performances matérielles et logicielles. Lorsque HWP est activé, le processeur surveille l’activité et la scalabilité, et sélectionne la fréquence à l’échelle du matériel. Le système d’exploitation ne doit plus surveiller l’activité et sélectionner la fréquence à intervalles réguliers. Le passage à HWP présente plusieurs avantages, tels qu’une réponse rapide, une meilleure connaissance de l’efficacité énergétique matérielle des processeurs et des autres composants sous TDP.

Pour le système HWP, Windows a toujours la possibilité de définir les états de processeur minimum et maximal pour fournir des contraintes. Il peut également utiliser le paramètre de préférences en matière de performance énergétique (EPP) pour définir l’équilibre entre puissance et performances. Une valeur inférieure favorise les performances, et une valeur plus élevée favorise la puissance. 50 est la valeur par défaut qui consiste à équilibrer la puissance et les performances.

Paramètre Windows Server 2012 R2 et versions antérieures Windows Server 2016 et versions ultérieures
HWP activé N/A Intel Broadwell+
Préférences en matière de performance énergétique N/A 50

Pour les systèmes Intel pré-Broadwell ou tous les systèmes qui n’ont pas de prise en charge de HWP (par exemple, les serveurs AMD), Windows a toujours le contrôle total et détermine la fréquence du processeur en fonction des paramètres PPM. Les paramètres PPM par défaut dans Windows Server 2012 R2 favorisent trop l’alimentation, ce qui peut avoir un impact significatif sur les performances de la charge de travail, notamment sur la charge de travail en rafale. Quatre paramètres PPM ont été modifiés dans Windows Server 2016 RS2 pour permettre à la fréquence d’augmenter plus rapidement autour du niveau de charge moyenne.

Paramètre Windows Server 2016 (RS1) et versions antérieures Windows Server 2016 (RS2) et versions ultérieures
Seuil d’augmentation des performances du processeur 90 60
Seuil de diminution des performances du processeur 80 40
Temps d’augmentation des performances du processeur 3 1
Stratégie d’augmentation des performances du processeur Unique Idéal

Les algorithmes de gestion de l’alimentation fondés sur l’utilisation du processeur peuvent nuire à la latence des charges de travail nécessitant beaucoup d’E/S ou de réseau. Un processeur logique peut être inactif en attendant l’achèvement des E/S ou des paquets réseau, rendant l’utilisation globale du processeur faible. Pour résoudre ce problème, Windows Server 2019 détecte automatiquement la période de réactivité des E/S et augmente le plancher de la fréquence à un niveau supérieur. Ce comportement peut être réglé à l’aide des paramètres suivants, que le système utilise HWP ou non.

Paramètre Avant Windows Server 2019 Windows Server 2019 et versions ultérieures
Seuil d’activation de remplacement de la réactivité du processeur N/A 10
Seuil de désactivation du remplacement de la réactivité du processeur N/A 5
Temps d’activation du remplacement de la réactivité du processeur N/A 1
Temps de désactivation du remplacement de la réactivité du processeur N/A 3
Plafond de préférence des performances énergétiques de remplacement de la réactivité du processeur N/A 100
Plancher des performances de remplacement de la réactivité du processeur N/A 100

Suggestions de réglage personnalisées

Si vos principales caractéristiques de charge de travail diffèrent considérablement des cinq charges de travail utilisées pour le réglage PPM du plan d’alimentation Équilibré par défaut, vous pouvez expérimenter en modifiant un ou plusieurs paramètres PPM afin de trouver le meilleur ajustement pour votre environnement.

En raison du nombre et de la complexité des paramètres, cette tâche peut être difficile, mais si vous recherchez le meilleur compromis entre la consommation d’énergie et l’efficacité de la charge de travail pour votre environnement spécifique, cela peut en valoir la peine.

Vous trouverez l’ensemble complet des paramètres PPM paramétrables dans Réglage de la gestion de la puissance du processeur. Voici quelques-uns des paramètres d’alimentation les plus simples pour commencer :

Pour un système compatible avec HWP :

  • Préférence en matière de performances énergétiques : les valeurs plus élevées favorisent la puissance plus que les performances

Pour un système non HWP :

  • Seuil d’augmentation des performances du processeur et temps d’augmentation des performances du processeur : des valeurs plus grandes ralentissent la réponse de performances à une activité accrue

  • Seuil de diminution des performances du processeur : les valeurs élevées accélèrent la réponse d’alimentation aux périodes d’inactivité

  • Temps de diminution des performances du processeur : les valeurs plus grandes diminuent progressivement les performances pendant les périodes d’inactivité

  • Stratégie d’augmentation des performances du processeur : la stratégie « unique » ralentit la réponse des performances à une activité accrue et soutenue. La politique « Rocket » réagit rapidement à l’augmentation de l’activité

  • Stratégie de diminution des performances du processeur : la stratégie « unique » diminue progressivement les performances sur des périodes d’inactivité plus longues. La stratégie « Rocket » baisse très rapidement l’alimentation lors de l’entrée en période d’inactivité

Important

Avant de commencer des expériences, vous devez d’abord comprendre vos charges de travail, ce qui vous aidera à faire les bons choix de paramètres PPM et à réduire les efforts de réglage.

Comprendre les exigences en matière de performances et de puissance de haut niveau

Si votre charge de travail est « en temps réel » (par exemple, susceptible d’avoir des bugs ou d’autres impacts visibles sur l’utilisateur final) ou si vous avez des exigences de réactivité très strictes (par exemple, un courtier en actions), et si la consommation d’énergie n’est pas un critère principal pour votre environnement, vous devez probablement simplement basculer vers le plan d’alimentation Hautes performances. Sinon, vous devez comprendre les exigences en matière de temps de réponse de vos charges de travail, puis régler les paramètres PPM pour obtenir la meilleure efficacité énergétique possible qui répond toujours à ces exigences.

Comprendre les caractéristiques sous-jacentes des charges de travail

Vous devez connaître vos charges de travail et concevoir les jeux de paramètres d’expérience pour le réglage. Par exemple, si les fréquences des cœurs du processeur doivent être rapidement augmentées (peut-être que vous avez une charge de travail en rafale avec des périodes d’inactivité importantes, mais que vous avez besoin d’une réactivité très rapide lorsqu’une nouvelle transaction arrive), la stratégie d’augmentation des performances du processeur peut avoir besoin d’être définie sur « rocket» (ce qui, comme son nom l’indique, tire la fréquence du cœur du processeur à sa valeur maximale au lieu de l’augmenter par étapes sur une période de temps).

Si votre charge de travail est vraiment en rafale, l’intervalle de vérification PPM peut être réduit pour que la fréquence du processeur commence à monter en puissance plus tôt après l’arrivée d’une rafale. Si votre charge de travail n’a pas une concurrence élevée des threads, alors le stationnement des cœurs peut être activé pour forcer la charge de travail à s’exécuter sur un plus petit nombre de cœurs, ce qui pourrait également améliorer les taux d’accès au cache du processeur.

Si vous souhaitez simplement augmenter les fréquences du processeur à des niveaux d’utilisation moyens (c’est-à-dire, pas à des niveaux de charge de travail légers), les seuils d’augmentation/diminution des performances du processeur peuvent être ajustés pour ne pas réagir tant que certains niveaux d’activité n’ont pas été observés.

Comprendre les comportements périodiques

Il peut y avoir des exigences de performance différentes pour le jour et la nuit ou durant les week-ends, ou il peut y avoir des charges de travail différentes qui s’exécutent à des heures différentes. Dans ce cas, un seul ensemble de paramètres PPM peut ne pas être optimal pour toutes les périodes. Étant donné que plusieurs modes d’alimentation personnalisés peuvent être conçus, il est même possible de régler différentes périodes et de basculer entre les plans d’alimentation via des scripts ou d’autres moyens de configuration dynamique du système.

Là encore, cela ajoute à la complexité du processus d’optimisation. Il s’agit donc de savoir la valeur que vous obtiendrez de ce type de réglage, qui devra probablement être répété en cas de mises à niveau matérielles importantes ou de modifications de charge de travail.

C’est pourquoi Windows fournit un plan d’alimentation Équilibré en premier lieu, car dans de nombreux cas, cela ne vaut probablement pas la peine de régler manuellement une charge de travail spécifique sur un serveur spécifique.

Voir aussi