35、绿色网络云：方法与评估

绿色网络云：方法与评估

在当今云计算的大环境下，如何降低能耗、减少碳排放，同时维持所需的服务质量或性能目标，是云计算基础设施面临的关键挑战。为了实现这一目标，我们需要对分布式系统的能耗进行定量评估，并采取相应的节能技术。

1. 分布式系统的能耗模型

1.1 动态功耗模型

在CMOS电路中，动态功耗一直是功耗的主要部分，它与工作量（如CPU利用率）成正比。动态功耗模型如下：
- 最初的动态功耗模型：$P_{dynamic} = \alpha \cdot C \cdot V^2 \cdot f$，其中$\alpha$是开关活动，$C$是物理电容，$V$是电源电压，$f$是时钟频率。
- 由于频率通常与电源电压成正比，动态功耗模型变为：$P_{dynamic} \approx C’ \cdot f^3$，其中$C’$是比例系数。
- 任务执行期间的动态能耗定义为：$E = \int_{0}^{t} P_{dynamic} dt = C \cdot t \cdot f_{max} \cdot f = \alpha \cdot t \cdot S$，其中$S$是与频率相关的处理器速度，$S = f/f_{max}$。

1.2 服务器功耗模型

通过降低处理器的供电电压和时钟频率，可以实现服务器的功耗管理，服务器功耗与CPU利用率之间存在近乎线性的关系。常见的服务器功耗模型有：
- 线性功耗模型：$P(u)=k \cdot P_{max} + (1 - k) \cdot P_{max} \cdot u$，其中$P_{max}$是服务器完全利用时消耗的最大功率，$k$是空闲服务器消耗的功率比例（通常约为70%