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A partir do Windows Server 2008, o Windows Server fornece três planos de energia: Balanceado, Alto Desempenho e Power Saver. O plano de energia balanceado é a opção padrão que visa dar a melhor eficiência energética para um conjunto de cargas de trabalho típicas do servidor. Este tópico descreve as cargas de trabalho que foram usadas para determinar as configurações padrão do esquema Balanceado para as últimas versões do Windows.
Se você executar um sistema de servidor que tenha características de carga de trabalho significativamente diferentes ou requisitos de desempenho e energia do que essas cargas de trabalho, convém considerar ajustar as configurações de energia padrão (ou seja, criar um plano de energia personalizado). Uma fonte de informações úteis de ajuste são as Considerações sobre o Poder de Hardware do Servidor. Como alternativa, você pode decidir que o plano de energia de alto desempenho é a escolha certa para seu ambiente, reconhecendo que você provavelmente terá um impacto de energia significativo em troca de algum nível de maior capacidade de resposta.
Importante
Você deve aproveitar as políticas de energia incluídas no Windows Server, a menos que tenha uma necessidade específica de criar uma personalizada e tenha uma compreensão muito boa de que seus resultados variarão dependendo das características da carga de trabalho.
Metodologia de Ajuste da Potência do Processador no Windows
Cargas de trabalho testadas
São selecionadas cargas de trabalho para cobrir um conjunto de esforços otimizados de cargas de trabalho "típicas" do Windows Server. Obviamente, esse conjunto não se destina a ser representativo de toda a amplitude dos ambientes de servidores do mundo real.
O ajuste em cada política de energia é controlado por dados com base nas cinco cargas de trabalho a seguir iniciadas no Windows Server 2008
Carga de trabalho do Servidor Web do IIS
Um parâmetro de comparação interno da Microsoft chamado Conceitos Básicos da Web é usado para otimizar a eficiência energética das plataformas que executam o Servidor Web do IIS. A configuração contém um servidor Web e vários clientes que simulam o tráfego de acesso à Web. A distribuição de páginas da Web dinâmicas, estáticas quentes (na memória) e estáticas frias (acesso a disco necessário) baseia-se em estudos estatísticos de servidores de produção. Para maximizar o uso total dos núcleos de CPU do servidor (representando uma extremidade do espectro testado), a configuração precisa de recursos de rede e disco suficientemente rápidos.
Carga de trabalho do Banco de Dados do SQL Server
O parâmetro de comparação TPC-E é um parâmetro de comparação popular para análise de desempenho do banco de dados. Ela é usada para gerar uma carga de trabalho OLTP para otimizações de ajuste de PPM. Essa carga de trabalho tem E/S de disco significativa e, portanto, tem requisito de alto desempenho para o sistema de armazenamento e o tamanho da memória.
Carga de trabalho do Servidor de Arquivos
Um parâmetro de comparação desenvolvido pela Microsoft chamado FSCT é usado para gerar uma carga de trabalho do servidor de arquivos SMB. Ele cria um conjunto de arquivos grande no servidor e usa muitos sistemas cliente (reais ou virtualizados) para gerar operações de gravação, abertura, fechamento, leitura e arquivo. A combinação de operações baseia-se em estudos estatísticos de servidores de produção. Ele enfatiza a CPU, o disco e os recursos de rede.
SPECpower – carga de trabalho JAVA
SPECpower_ssj2008 é o primeiro parâmetro de comparação SPEC padrão do setor que avalia conjuntamente as características de potência e desempenho. É uma carga de trabalho Java do lado do servidor com diferentes níveis de carga de CPU. Ele não requer muitos recursos de disco ou rede, mas tem certos requisitos para largura de banda de memória. Quase toda a atividade da CPU é executada no modo de usuário; A atividade do modo kernel não tem muito impacto nas características de desempenho e potência dos parâmetros de comparação, exceto nas decisões de gerenciamento de energia.
Carga de trabalho do Servidor de Aplicativos
O parâmetro de comparação SAP-SD é usado para gerar uma carga de trabalho do servidor de aplicativos. Uma configuração de duas camadas é usada, com o banco de dados e o servidor de aplicativos no mesmo host do servidor. Essa carga de trabalho também utiliza o tempo de resposta como uma métrica de desempenho, que difere de outras cargas de trabalho testadas. Portanto, ele é usado para verificar o impacto dos parâmetros PPM na capacidade de resposta. No entanto, não se destina a ser representativo de todas as cargas de trabalho de produção sensíveis à latência.
Todos os parâmetros de comparação, exceto O SPECpower, foram originalmente projetados para análise de desempenho e, portanto, foram criados para serem executados em níveis de carga de pico. No entanto, níveis de carga leves a médios são mais comuns para servidores de produção do mundo real e são mais interessantes para otimizações de plano Balanceado. Executamos intencionalmente os benchmarks em diferentes níveis de carga, de 100% até 10% (em etapas de 10%), usando vários métodos de limitação (por exemplo, reduzindo o número de usuários/clientes ativos).
As cargas de trabalho acima usam a taxa de transferência como a métrica de desempenho para ajuste. Durante o estado estável, a taxa de transferência não é alterada com utilizações variadas até que o sistema esteja sobrecarregado (aproximadamente 100% de utilização). Como resultado, o plano de energia balanceado favorece bastante o poder, minimizando a frequência do processador e maximizando a utilização. A partir do Windows Server 2016, o requisito de tempo de resposta rápida aumentou drasticamente. Embora a Microsoft tenha sugerido que os usuários mudem para o plano de energia de alto desempenho quando precisarem de tempo de resposta rápida, alguns usuários não querem perder o benefício de energia durante níveis de carga leves a médios. Portanto, o ajuste do PPM do Windows Server também inclui cargas de trabalho sensíveis ao tempo de resposta para ajuste.
GeekBench
O GeekBench é um parâmetro de comparação de processador multiplataforma que separa as pontuações para desempenho de núcleo único e multi-núcleo. Ele simula um conjunto de cargas de trabalho, incluindo cargas de trabalho inteiras (criptografias, compactações, processamento de imagens etc.), cargas de trabalho de ponto flutuante (modelagem, fractal, nitidez de imagem, desfoque de imagem etc.) e cargas de trabalho de memória (streaming).
O tempo de resposta é uma medida importante em seu cálculo de pontuação. Em nosso sistema testado, o plano padrão de energia balanceado do Windows Server 2008 tem cerca de 18 unidades de regressão% em testes de núcleo único e cerca de 40 unidades de regressão% em testes de vários núcleos comparado ao plano de energia de Alto Desempenho. O Windows Server 2016 remove essas regressões.
DiskSpd
O Diskspd é uma ferramenta de linha de comando para o benchmarking de armazenamento desenvolvido pela Microsoft. Ele é amplamente usado para gerar várias solicitações em sistemas de armazenamento para a análise de desempenho de armazenamento.
Nós configuramos um [cluster de failover] e usamos Diskspd para gerar E/Ss aleatórias e sequenciais, de leitura e gravação, nos sistemas de armazenamento local e remoto com tamanhos de E/S diferentes. Nossos testes mostram que o tempo de resposta de entrada/saída é sensível à frequência do processador em diferentes planos de energia. O plano de energia balanceado padrão do Windows Server 2008 pode dobrar o tempo de resposta do plano de energia de alto desempenho em determinadas cargas de trabalho. O plano de energia do Windows Server 2016 Balance remove a maioria das regressões.
Importante
A partir dos processadores Intel [Broadwell] que executam o Windows Server 2016, a maioria das decisões de gerenciamento de energia do processador são tomadas no processador em vez do nível do sistema operacional para obter uma adaptação mais rápida às alterações de carga de trabalho. Os parâmetros ppm herdados usados pelo sistema operacional têm impacto mínimo nas decisões de frequência reais, exceto informando ao processador se ele deve favorecer a energia ou o desempenho ou limitar as frequências mínimas e máximas. Portanto, os resultados de ajuste de PPM aqui mencionados são observados apenas nos sistemas pré-Broadwell.
Configuração de hardware
Para cada versão do Windows, os servidores de produção mais atuais são usados no processo de análise e otimização do plano de energia. Em alguns casos, os testes foram executados em sistemas de pré-produção cujo agendamento de lançamento correspondeu ao da próxima versão do Windows.
Considerando que a maioria dos servidores é vendida com soquetes de processador de 1 a 4 e, como servidores de expansão são menos propensos a ter eficiência energética como uma preocupação principal, os testes de otimização do plano de energia são executados principalmente em sistemas de 2 soquetes e 4 soquetes. A quantidade de recursos de RAM, disco e rede para cada teste é escolhida para permitir que cada sistema seja executado até sua capacidade total, levando em conta as restrições de custo que normalmente estariam em vigor para ambientes de servidor do mundo real, como manter as configurações razoáveis.
Importante
Embora o sistema possa ser executado em seu pico de carga, normalmente otimizamos para níveis de carga mais baixos, uma vez que os servidores executados consistentemente em seus níveis de carga de pico seriam bem aconselhados a usar o plano de energia de alto desempenho , a menos que a eficiência energética seja uma prioridade alta.
Métricas
Todos os parâmetros de comparação testados usam a taxa de transferência como a métrica de desempenho. O Tempo de Resposta é considerado como um requisito de SLA para essas cargas de trabalho (exceto para SAP, em que é uma métrica primária). Por exemplo, uma execução de parâmetro de comparação é considerada "válida" se o tempo médio ou máximo de resposta for menor que determinado valor.
Portanto, a análise de ajuste do PPM também usa a taxa de transferência como sua métrica de desempenho. No nível de carga mais alto (100% utilização da CPU), nossa meta é que a taxa de transferência não diminua mais de alguns por cento devido a otimizações de gerenciamento de energia. Mas a principal consideração é maximizar a eficiência de energia (conforme definido abaixo) em níveis de carga médio e baixo.
A execução dos núcleos de CPU em frequências mais baixas reduz o consumo de energia. No entanto, frequências mais baixas normalmente diminuem a taxa de transferência e aumentam o tempo de resposta. Para o plano de energia Balanceado, há uma compensação intencional entre capacidade de resposta e eficiência de energia. Os testes de carga de trabalho SAP, bem como os SLAs de tempo de resposta nas outras cargas de trabalho, garantem que o aumento do tempo de resposta não exceda um determinado limite (5% como exemplo) para essas cargas de trabalho específicas.
Observação
Se a carga de trabalho for muito sensível ao tempo de resposta, o sistema deverá alternar para o plano de energia de alto desempenho ou alterar o plano de energia balanceado para aumentar muito agressivamente a frequência quando ele estiver em execução.
Parâmetros padrão do Plano de Energia Balanceado do Windows Server
A partir dos processadores Intel Broadwell que executam o Windows Server 2016, o gerenciamento de energia do Windows Server usa o HWP (estados P controlados por hardware) da Intel como padrão em sistemas Intel. O HWP é uma nova funcionalidade para um controle de desempenho de hardware e software cooperativo. Quando o HWP está habilitado, a CPU monitora a atividade e a escalabilidade e seleciona a frequência na escala de tempo de hardware. O sistema operacional não é mais necessário para monitorar a atividade e selecionar a frequência em intervalos regulares. Mudar para HWP tem vários benefícios, como resposta rápida, melhor conhecimento da eficiência de energia de hardware de processadores e outros componentes em TDP.
Para o sistema HWP, o Windows ainda tem a opção de definir os estados mínimos e máximos do processador para fornecer restrições. Ele também pode usar o parâmetro EPP (preferência de desempenho de energia) para definir o equilíbrio entre potência e desempenho. O valor mais baixo favorece o desempenho e o valor mais alto favorece o poder. O valor padrão 50 que é para equilibrar a potência e o desempenho.
| Parâmetro | Windows Server 2012R2 e antes | Windows Server 2016 e posterior |
|---|---|---|
| HWP habilitado | Não aplicável | Intel Broadwell+ |
| Preferência de desempenho de energia | Não aplicável | 50 |
Para sistemas Intel pré-Broadwell ou qualquer sistema que não tenha suporte a HWP (por exemplo, servidores AMD), o Windows ainda está em controle total e determina a frequência do processador com base nos parâmetros PPM. Os parâmetros PPM padrão no Windows Server 2012R2 favorecem excessivamente o consumo de energia, de forma que pode afetar significativamente o desempenho da carga de trabalho, especialmente para cargas de trabalho intermitentes. Quatro parâmetros PPM foram alterados no Windows Server 2016 RS2 para permitir que a frequência aumente mais rapidamente em relação ao nível médio de carga.
| Parâmetro | Windows Server 2016 (RS1) e antes | Windows Server 2016 (RS2) e posterior |
|---|---|---|
| Limite de aumento de desempenho do processador | 90 | 60 |
| Limite de redução do desempenho do processador | 80 | 40 |
| Tempo de aumento do desempenho do processador | 3 | 1 |
| Política de aumento de desempenho do processador | Solteiro | Ideal |
Os algoritmos de gerenciamento de energia baseados em utilização da CPU podem prejudicar a latência de cargas de trabalho de E/S ou de rede intensiva. Um processador lógico pode ficar ocioso enquanto aguarda a conclusão de E/S ou pacotes de rede, o que torna a utilização geral da CPU baixa. Para resolver esse problema, o Windows Server 2019 detecta automaticamente o período de resposta de E/S e eleva o piso de frequência para um nível mais alto. O comportamento pode ser ajustado pelos parâmetros a seguir, independentemente de o sistema usar HWP ou não.
| Parâmetro | Antes do Windows Server 2019 | Windows Server 2019 e posterior |
|---|---|---|
| Limite de habilitação de substituição de capacidade de resposta do processador | Não aplicável | 10 |
| A capacidade de resposta do processador substitui o limite de desabilitação | Não aplicável | 5 |
| Tempo de habilitação de substituição de capacidade de resposta do processador | Não aplicável | 1 |
| Tempo de desabilitação de substituição de capacidade de resposta do processador | Não aplicável | 3 |
| Capacidade de resposta do processador substitui o teto de preferência de desempenho de energia | Não aplicável | 100 |
| A capacidade de resposta do processador sobrepõe o limite inferior de desempenho | Não aplicável | 100 |
Sugestões de ajuste personalizadas
Se as características da carga de trabalho primária diferem significativamente das cinco cargas de trabalho usadas para o ajuste padrão de PPM do plano de energia balanceado , você pode experimentar alterando um ou mais parâmetros PPM para encontrar o melhor ajuste para seu ambiente.
Devido ao número e à complexidade dos parâmetros, essa pode ser uma tarefa desafiadora, mas se você estiver procurando a melhor compensação entre o consumo de energia e a eficácia da carga de trabalho para seu ambiente específico, pode valer a pena o esforço.
O conjunto completo de parâmetros ppm ajustáveis pode ser encontrado no ajuste de gerenciamento de energia do processador. Alguns dos parâmetros de energia mais simples para começar podem ser:
Para um sistema habilitado para HWP:
- Preferência de desempenho de energia – valores maiores favorecem a energia mais do que o desempenho
Para um sistema sem HWP:
Limite de aumento do desempenho do processador e tempo de aumento do desempenho do processador – valores maiores reduzem a resposta perf para aumentar a atividade
Limite de redução do desempenho do processador – valores grandes aceleram a resposta de energia para períodos ociosos
Tempo de Redução do Desempenho do Processador – valores maiores diminuem mais gradualmente durante períodos ociosos
Política de Aumento de Desempenho do Processador – a política "Single" retarda a resposta de desempenho a atividades aumentadas e sustentadas; a política "Rocket" reage rapidamente a atividades aumentadas.
Política de Redução de Desempenho do Processador – a política "Single" diminui mais gradualmente o perf em períodos ociosos mais longos; a política "Rocket" descarta a energia muito rapidamente ao entrar em um período ocioso
Importante
Antes de iniciar quaisquer experimentos, você deve primeiro entender suas cargas de trabalho, o que ajudará você a fazer as opções de parâmetro PPM certas e reduzir o esforço de ajuste.
Entender os requisitos de energia e desempenho de alto nível
Se sua carga de trabalho for "em tempo real" (por exemplo, suscetível a falhas ou outros impactos visíveis do usuário final) ou tiver um requisito de capacidade de resposta muito apertado (por exemplo, uma corretora de ações) e se o consumo de energia não for um critério primário para seu ambiente, você provavelmente deverá apenas mudar para o plano de energia de alto desempenho . Caso contrário, você deve entender os requisitos de tempo de resposta de suas cargas de trabalho e ajustar os parâmetros PPM para obter a melhor eficiência de energia possível que ainda atenda a esses requisitos.
Entender as características da carga de trabalho subjacente
Você deve conhecer suas cargas de trabalho e projetar os conjuntos de parâmetros de experimento para ajuste. Por exemplo, se as frequências dos núcleos de CPU precisarem ser aumentadas rapidamente (talvez você tenha uma carga de trabalho com períodos ociosos significativos, mas precisar de capacidade de resposta muito rápida quando uma nova transação aparecer), a política de aumento de desempenho do processador talvez precise ser definida como "foguete" (o que, como o nome indica, dispara a frequência do núcleo da CPU para seu valor máximo em vez de acentuá-la durante um período de tempo).
Se a carga de trabalho for muito intermitente, o intervalo de verificação do PPM pode ser reduzido para que a frequência da CPU comece a aumentar mais cedo após a chegada de uma rajada. Se sua carga de trabalho não tiver alta simultaneidade de thread, o estacionamento de núcleos poderá ser habilitado para forçar a carga de trabalho a ser executada em um número menor de núcleos, o que também pode melhorar as taxas de ocorrências do cache do processador.
Se você quiser apenas aumentar as frequências da CPU em níveis médios de utilização (ou seja, não níveis de carga de trabalho leves), os limites de aumento/redução do desempenho do processador poderão ser ajustados para não reagir até que determinados níveis de atividade sejam observados.
Entender comportamentos periódicos
Pode haver diferentes requisitos de desempenho para o dia e a noite ou nos fins de semana, ou pode haver cargas de trabalho diferentes que são executadas em horários diferentes. Nesse caso, um conjunto de parâmetros PPM pode não ser ideal para todos os períodos de tempo. Como vários planos de energia personalizados podem ser elaborados, é possível ajustar por períodos de tempo diferentes e alternar entre planos de energia por meio de scripts ou outros meios de configuração dinâmica do sistema.
Novamente, isso aumenta a complexidade do processo de otimização, portanto, é uma questão de quanto valor será obtido com esse tipo de ajuste, que provavelmente precisará ser repetido quando houver atualizações significativas de hardware ou alterações de carga de trabalho.
É por isso que o Windows fornece um plano de energia balanceado em primeiro lugar, pois, em muitos casos, provavelmente não vale a pena o esforço de ajuste manual para uma carga de trabalho específica em um servidor específico.