Изучение производительности сервера может быть очень полезно, особенно если вы работаете с ресурсоемкими приложениями. Одним из способов повышения производительности является настройка параметров BIOS. В этой статье мы попытаемся ответить на вопрос, действительно ли DAPC выгоднее BIOS default performance.

Наша компания — хостер, и это во многом определяет специфику рабочих задач отдела DevOps и Support. Однако относительно недавно обычную рутину нашей работы прервала внезапная задача: нужно было определить, позволяет ли использование Performance per Watt (DAPC) на практике снизить энергопотребление процессоров и, как следствие, нагрузку на систему охлаждения в ЦОДе. 

DAPC (Dynamic Application Power Management) — функция BIOS, позволяющая автоматически регулировать потребляемую мощность в зависимости от нагрузки. То есть, когда вы не используете сервер, он будет потреблять меньше энергии, что может привести к значительной экономии электроэнергии. Кроме того, DAPC может повысить производительность сервера в режиме низкой нагрузки, поскольку процессор будет работать на более высокой частоте.

BIOS default performance — настройка BIOS, которая устанавливает процессор на максимальную частоту, независимо от нагрузки. Это может привести к повышению производительности в режиме высокой нагрузки, но также увеличить потребление энергии и температуру компьютера.

Различия между профилями питания подробно описаны в технической документации Dell.

Теоретически выбор между DAPC и BIOS default performance зависит от ваших потребностей. Если вы хотите сэкономить энергию и повысить производительность в режиме низкой нагрузки, выберите DAPC. Если вам нужна максимальная производительность в режиме высокой нагрузки, вам подойдет BIOS default performance. 

Что ж, проверим, как это работает на практике.

Для тестирования нами были использованы тесты stress-ng и AIDA64.

Тестовая среда

CPU

Для начала мы провели тестирование процессора:

stress-ng --cpu 40 --cpu-method matrixprod --metrics --timeout 60

В тесте задействованы 40 потоков процессора, продолжительность теста — 60 секунд.

BIOS default performance превзошел DAPC по всем измеряемым параметрам, за исключением общего времени выполнения тестов. Ключевым показателем данного теста является Bogo ops/s (real time), поскольку этот параметр отражает количество выполненных итераций теста в секунду и позволяет судить о производительности процессора во время тестирования.

Комплексное тестирование

В рамках данного теста проводится замер показателей нескольких ключевых подсистем:

stress-ng --cpu 40 --io 4 --vm 1 --vm-bytes 128G --timeout 60s --metrics-brief

• Стрессор CPU создает нагрузку на процессор, что позволяет оценить, насколько хорошо система справляется с вычислительными задачами. Показатели, связанные со стрессором CPU, могут включать в себя количество операций в секунду, время выполнения и степень использования процессора.

• Стрессор IO создает нагрузку на дисковую подсистему, что позволяет оценить, насколько хорошо система справляется с операциями ввода-вывода. Показатели, связанные со стрессором IO, могут включать в себя скорость передачи данных, время выполнения операций ввода-вывода и другие метрики, связанные с дисковой подсистемой.

• Стрессор VM создает нагрузку на виртуальную память, что позволяет оценить, насколько хорошо система справляется с управлением памятью и обработкой страниц памяти. Показатели, связанные со стрессором VM, могут включать в себя количество операций в секунду, время выполнения и степень использования памяти.

Легко заметить, что приведенные результаты тестирования практически не зависят от метода управления питанием.

Сравнение энергопотребления

Включение политики Power CAP позволяет повысить эффективность рабочих процессов в компьютерных системах за счет установки максимального значения энергопотребления системы, что позволяет предотвратить превышение максимально допустимого уровня энергопотребления и снижает риск перегрева компонентов. Это особенно важно для систем, работающих в условиях высокой нагрузки, таких как серверы или вычислительные кластеры.

Для наглядности мы провели тесты без установленной политики энергопотребления и с ограничением в 200 Вт.

stress-ng --cpu 40 --io 4 --vm 1 --vm-bytes 128G --timeout 30m

Без установленной политики были получены следующие результаты:

Тест показал, что при незначительном снижении энергопотребления (308 против 322 Вт) производительность DAPC значительно (около 10%) меньше по сравнению с BIOS default performance. 

После чего мы применили ограничение в 200 Вт:

Температуры процессора и его компонентов — важный показатель, поскольку высокие температуры могут привести к перегреву системы и повреждению компонентов, а высокое энергопотребление — к росту расходов на выполнение рабочих задач. 

Показатель пакета процессора (CPU Package) отражает общее энергопотребление процессора. Если значение этого показателя слишком высоко, это может свидетельствовать о том, что процессор работает в условиях повышенной нагрузки или что система нуждается в дополнительной вентиляции. Показатели ядра процессора (CPU IA Core) отображают температуру вычислительных ядер. Эти показатели могут помочь выявить проблемы в работе отдельных ядер процессора, такие, как загруженность, неравномерное использование и т. д. Использование политики Power CAP позволяет значительно снизить нагрузку на ядра процессора (примерно на 40%).

Напряжение ядра процессора (CPU Core Voltages) с заданной политикой Power CAP и без нее отличается примерно на 15% (0.912 и 1.086 соответственно).

Тестирование памяти

stress-ng --sequential 0 --class io --timeout 60s --metrics-brief

Стрессор aio (asynchronous I/O) в stress-ng создает асинхронные операции ввода-вывода для проверки работоспособности системы в условиях высокой нагрузки на ввод-вывод. Среди таких операций —  чтение и запись файлов, отправка и получение сетевых пакетов и другие действия, требующие обращения к вводу-выводу. В проведенном тесте результат BIOS default performance значительно превышает BIOS (DAPC) по каждому из показателей тестирования.

Стрессоры aiol, hdd, rawdev, readahead, revio, seek и sync-file в stress-ng предназначены для создания нагрузки на различные компоненты системы и проверки их работоспособности в условиях высокой нагрузки.

• Стрессор aiol создает асинхронные операции ввода-вывода для проверки работоспособности системы в условиях высокой нагрузки на ввод-вывод.

• Стрессор hdd создает нагрузку на жесткий диск, например путем создания случайного доступа к файлам или чтения и записи больших объемов данных на диск.

• Стрессор rawdev создает нагрузку на устройства ввода-вывода, например на блочные устройства или устройства виртуальной памяти.

• Стрессор readahead создает нагрузку на подсистему чтения файлов, например путем чтения больших объемов данных из файловой системы.

• Стрессор revio создает нагрузку на ввод-вывод, используя случайный доступ к файлам и чтение/запись файлов в обратном порядке.

• Стрессор seek создает нагрузку на подсистему чтения/записи файлов, используя случайный доступ к файлам и перемещение указателя внутри файла.

• Стрессор sync-file создает нагрузку на файловую систему, путем создания большого количества файлов и их чтения/записи.

Заключение

Проведенное тестирование не позволяет подтвердить тезис производителей платформ DELL о значительной экономии энергии при использовании режима BIOS (DAPC): производительность системы при выборе этого режима снижается, а энергопотребление уменьшается незначительно.

Однако на некоторых серверах Dell использование режима BIOS DAPC может привести к нестабильной работе и сбоям системы. Это связано с тем, что режим BIOS DAPC не всегда может правильно оценить нагрузку на процессор и корректно настроить его частоту и напряжение. В результате процессор может работать с низкой частотой, что приводит к снижению производительности системы.

Вместо BIOS DAPC можно использовать другие технологии управления энергопотреблением, такие как Intel SpeedStep или AMD PowerNow, которые могут обеспечить более стабильную работу системы и оптимизировать энергопотребление процессора. Отметим, что лучше обновить BIOS сервера до последней версии. Это позволит избежать ошибок и проблем совместимости.

В целом, выбор технологии управления энергопотреблением на сервере зависит от конкретной модели и конфигурации сервера, а также от требований к производительности и энергоэффективности. Решение о выборе технологии стоит принимать только после изучения рекомендаций производителя и проведения тестирования на конкретной системе.