Оценка использования энергии процесса на ПК (x86)

Я пытаюсь придумать эвристику, чтобы оценить, сколько энергии (например, в Джоуле) процесс или поток потребляли между двумя временными точками. Это на ПК (Linux/x86), а не на мобильных устройствах, поэтому статистика будет использоваться для сравнения относительной энергоэффективности вычислений, которые занимают аналогичные часы настенных часов.

Идея состоит в сборе или выборке аппаратной статистики, такой как счетчик циклов, состояния p/c или динамическая частота, доступ к шине и т.д., и выработать разумную формулу для использования энергии между измерениями. Я спрашиваю, возможно ли это, и какова будет эта формула.

Некоторые проблемы, которые приходят на ум: 1) Правильно учет контекста переключается на другие процессы (или потоки).

2) Правильно учитывайте энергию, используемую вне CPU. Если мы допустим незначительный ввод-вывод, это означает, в основном, ОЗУ. Как распределение и/или шаблон доступа влияют на использование энергии? (То есть, предполагая, что у меня есть способ для измерения распределения динамической памяти, начиная с, например, с помощью модифицированного распределителя.)

3) Использование времени процессора в качестве оценки ограничивается грубым зерном и неправильным учетом, только потреблением энергии ЦП и предполагает фиксированные тактовые частоты. Он включает в себя, но не очень хорошо учитывает время, ожидаемое в ОЗУ.

Ответ 1

Вы можете получить цифру для энергопотребления своего процесса, но это будет только верно в изоляции. Например, если вы запускали два процесса параллельно, вы вряд ли подойдете к прямой линии с хорошей точностью.

Это достаточно сложно сделать на встроенных платформах с полным разрывом каждого рейка напряжения, не говоря уже о ПК, где ваша одна точка данных - это мощность от розетки. Вещи, которые вам нужно измерить и иметь в виду:

Базовая нагрузка не такая базовая. Система бездействия в течение многих секунд будет находиться в состоянии более глубокого сна, чем нет. Вы измеряете "глубокий" сон или просто бездействуете? Откуда вы знаете, что вы измеряете?
Нагрузка не всегда линейна. Переменное напряжение: некоторые компоненты сдвигают напряжение вверх/вниз в зависимости от нагрузки и частоты. Температура: может идти в любом случае в эти дни (не только тепловой побег).
Источники питания не имеют одинаковой эффективности при всех нагрузках. Если вы измеряете мощность на выходе, вам нужно помнить об этом. Например, он может быть на 50% эффективнее ниже 100 Вт, 90% от 100-300 Вт и до 80% 300 Вт +.
Дополнительные процессы не обязательно будут линейно дополняться. Например, как только DDR выходит из режима ожидания, его базовая нагрузка увеличивается, но дополнительные процессы не будут ухудшать ее. Это еще более непредсказуемо с несколькими ядрами и переменными частотами.

Основным способом измерения является очевидный способ: записать количество ватт в режиме ожидания, записать количество использованных ватт, вычесть. Вы можете попробовать работать с 50% -ным рабочим циклом, 25%, 75% и т.д., Чтобы нарисовать красивый график (линейный или другой). Это вызовет любую нелинейность. К сожалению, решающая причина будет заключаться в эффективности преобразования и нагрузки как для центрального процессора, так и для блока питания. Не так много вы можете сделать, чтобы устранить это, не имея версии разработки материнской платы, с которой вы играете (маловероятно), или если вам повезло, что у вас есть блок питания с графиком эффективности и нагрузки.

Однако важно понимать, что эти точки данных являются только правильными в изоляции. Вы можете сделать довольно хорошую работу по моделированию того, как эти вещи будут суммироваться в системе, но имейте в виду, что в лучшем случае это только хорошее приближение. Подумайте об этом, как о том, чтобы посмотреть на некоторый код на коде для аудиокодека и оценить, как быстро он будет работать. Вы можете получить хорошую общую идею, но ожидайте, что будете дико неточными, если будете измерены в действительности.

Изменить. Развернуть немного, как указано выше, на самом деле не отвечает, как вы можете это сделать.

Измерение энергопотребления: получите себе точный измеритель мощности. Как я уже говорил, если у вас нет возможности вырвать отдельные рельсы напряжения и измерить ток, единственное измерение, которое вы можете сделать, - это выход. В качестве альтернативы, если у вас есть доступ к статусу мониторинга работоспособности на материнской плате и который имеет текущую (амперную) отчетность (редко), это может дать вам хорошую точность и быстрое время отклика.

Итак, измерьте базовую мощность - выберите любую ситуацию, которую вы считаете "базой". Запустите тест и измерьте "пик". Вычитай, сделай. Да, это довольно очевидно. Если у вас есть что-то, где разница настолько мала, что она потеряна в шуме, вы можете попробовать измерить потребление энергии с течением времени (например, кВтч). Попытайтесь измерить час на холостом ходу против часа, когда ваш процесс бежит ровно, и посмотрите на общую разницу в энергии. Повторите аналогично для всех типов тестов, которые вы хотите выполнить.

У вас появятся заметные различия в мощности для тяжелых пользователей процессоров, DDR и GPU. Вы можете заметить разницу между алгоритмами L1 vs L2 и DDR (DDR использует гораздо больше мощности), если вы обратите внимание на то, что алгоритмы с ограничениями L1/L2 работают быстрее - вам нужно учитывать энергию, используемую для каждой задачи, не непрерывная мощность. Вероятно, вы не заметите доступ к жесткому диску (это на самом деле просто ватт или два и потерянный в шуме на ПК), кроме удара производительности. Одной дополнительной записью с точки зрения данных является то, насколько "базовая" нагрузка увеличивается, если у вас есть задача пробуждения каждые 100 мс или около того, используя 1% от ЦП. В основном это то, что выглядит незанятый бездельник. (Это взлом и 100 мс - это предположение)

Остерегайтесь того, что 1% может отличаться от 1% в другое время, если у вас есть CPU с включенными политиками изменения частоты.

Одно последнее замечательное замечание: это, конечно же, энергия, которую вы должны измерить, так же, как вы назвали вопрос. Очень легко сделать ошибку, сравнивая энергопотребление одной задачи с другой, и сделать ее более дорогостоящей... если вы забудете об относительной производительности их. Это всегда случается с плохими техническими журналистами, сравнивающими жесткий диск с SSD, например.

На встроенных платформах с текущим мониторингом во многих рельсах я выполнил измерения до nanojoules для каждой инструкции. По-прежнему трудно объяснить потребление энергии потоком/процессом, потому что существует большая нагрузка, которую разделяют многие задачи, и она может увеличиваться/уменьшаться за пределами своего времени. На ПК я не уверен, что вам удастся получить как можно более мелкое зерно:)

Ответ 2

Это тема текущих исследований. Поэтому не ожидайте никаких конкретных ответов. Некоторые публикации, которые могут вам показаться интересными, например:

Chunling Hu, Daniel A. Jiménez и Ulrich Kremer, характеристика поведения сильной управляющей мощности, материалы Международной конференции 2007 года по высокопроизводительным встроенным архитектурам и составителям (HiPEAC-2007), стр. 183-197, январь 2007. (pdf)
Адам Льюис, Сумик Гош и Н.-Ф. Tzeng, Оценка потребления энергии во время работы на основе рабочих нагрузок в серверных системах, USENIX 2008, Семинар по интеллектуальным вычислительным системам и системам (html pdf)

Но вы можете легко найти еще много, используя Google Scholar и Citeseer.

Ответ 3

В Linux попробуйте утилиту PowerTOP. Однако, вместо вычисления абсолютных значений в джоулях, он фокусируется на относительном использовании энергии между различными компонентами системы.

Ответ 4

Intel Энергоэффективные рекомендации по использованию программного обеспечения содержит множество полезных сведений, включая ссылку на их собственные Application Energy Toolkit. который включает в себя...

2) Инструмент графического применения энергии приложения

Инструмент графического моделирования приложений это интерактивный инструмент, который может измерьте потребляемую мощность аккумулятора приложения с течением времени и журнал и нарисуйте полученные данные.

Разработчики приложений могут использовать Инструмент для графического применения приложений помочь им разработать приложения, которые сохранить заряд батареи на мобильных устройствах компьютерные системы.