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palais des
congrès
Paris



7, 8 et 9
février 2012
Comment passer au vert
? Session : GRE203
Code
De la gestion de l’énergie au sein de
Windows
Bernard Ourghanlian
Directeur Technique et Sécurité
Microsoft France
Sommaire
  Introduction
    La situation telle qu’elle est (bien souvent…)

    Ce qu’elle devrait être…

  Les développement du hardware
    L’exemple d’Intel

  Les développement de logiciels
    L’exemple de Microsoft

  Les technologies de gestion de l’énergie de Windows
  La gestion de l’énergie en entreprise
    System Center Configuration Manager 2007 R3
Introduction




1
La situation telle qu’elle est (bien
souvent…)
      Pas ou peu de considération pour le gâchis d’énergie
  •    Les machines restent allumées 24h sur 24
  •    Les écrans sont laissés allumés
  •    Déploiement du logiciel, maintenance, etc.
  •    Piètre autonomie sur les terminaux mobiles / les PC portables
  •    Manque d’outils de gestion de l’énergie pour les entreprises
  •    Ignorance de la quantité d’énergie gâchée
  •    Le facteur « je m’en foustiste » car « ce n’est pas moi qui paye la
       facture »
  •    Les impacts économiques ne sont jamais pris en compte (facture
       énergétique)
  •    Manque de gouvernance, d’obligations
Pour se faire peur…
        Savez-vous qu’il faut une moyenne de 438 Kg de charbon
                 pour alimenter un ordinateur par an ?




Faronics.com
Le bureau moyen…
  “After lighting, computers and
  monitors have the highest energy
  consumption in office
  environments. Studies have shown
  that power management of
  computers and monitors can
  significantly reduce their energy
  consumption, saving hundreds or
  thousands of dollars a year on
  electricity costs.”

 www.ddsw.co.uk
Quelle est la solution ?
 o Gestion manuelle de l’énergie, qui repose sur l’éducation
   des utilisateurs afin qu’ils éteignent leur ordinateurs quand
   ils n’en ont plus besoin : permet d’obtenir des résultats
   impressionnants sous réserve d’une sensibilisation
   permanente et de la mise en œuvre d’obligations
 o Gestion automatique de l’énergie, qui repose sur le
   logiciel ou sur les fonctionnalités standard d’économie
   d’énergie. Théoriquement la gestion automatique de
   l'énergie peut atteindre un objectif de 100 % de gestion de
   l’énergie, tous les ordinateurs étant éteints quand ils n’en
   ont pas besoin et en mode de consommation basse quand
Exemple de développement du
hardware : Intel




2
Mode Turbo avant la
microarchitecture Intel® Core™
(Nehalem)
                                             Horloge arrêtée
                                          Réduction de l’énergie
                                          dans les cœurs inactifs
                 Pas de Turbo




                                                                    Fréquence (F)
 Fréquence (F)




                                    Travail peu chargé en thread
                  Cœur 0
                           Cœur 1




                                                                                    Cœur 0
                                                                                             Cœur 1
Mode Turbo avant la
microarchitecture Intel® Core™
(Nehalem)
                                             Horloge arrêtée                                 Mode Turbo
                                          Réduction de l’énergie                  En réponse à la charge
                                          dans les cœurs inactifs               ajoute des incréments de
                 Pas de Turbo                                                  performance dans l’espace
                                                                                          libre




                                                                    Frequency (F)
 Fréquence (F)




                                    Travail peu chargé en thread
                  Cœur 0
                           Cœur 1




                                                                                    Cœur 0
Microarchitecture Mode Turbo
Intel® Core™ (Nehalem)
 Intel® Turbo Boost 2.0 permet automatiquement aux cœurs
 de tourner plus rapidement que la fréquence opératoire de
 base tout en respectant des limites des spécifications
 (puissance, courant et température)
 La technologie Intel Turbo Boost 2.0 est activée quand l’OS
 demande l’état de plus haute performance du processeur (P0)
 La fréquence maximale de la technologie Intel Turbo Boost
 2.0 est dépendante du nombre de cœurs actifs
 Le temps dans lequel le processeur passe dans ce mode
 Turbo dépend de la charge et de l’environnement de travail
Microarchitecture Mode Turbo
Intel® Core™ (Nehalem)
  Eléments fixant la limite haute de la technologie Intel Turbo Boost 2.0
  pour une charge de travail donnée :
     Nombre de cœurs actifs

     Consommation de courant estimée

     Consommation de puissance estimée
     Température du processeur

  Quand le processeur opère en deçà de ces limites et que la charge de
  travail demande une performance additionnelle, le fréquence du
  processeur augmentera dynamiquement jusqu’à ce que la limite haute de
  la fréquence soit atteinte
  La technologie Intel Turbo Boost 2.0 permet au processeur d’opérer à un
  niveau de puissance qui est plus élevé que sa puissance limite
  documentée (TDP – Thermal Design Power) pour des périodes courtes
  afin de maximiser la performance
Qu’est-ce que le standard ACPI
? ACPI (Advanced Configuration and Power Interface)
       Spécification d’interface standard
       L’OS peut effectuer la gestion de l’énergie en utilisant cette API
       Le hardware et des drivers logiciels supportent cette API
       La mise en correspondance entre les mécanismes CPU et ACPI
        est fournie par le BIOS et les drivers logiciels

                                 Applications
                          Gestion de l’énergie par l’OS
            ACPI
                               Drivers logiciels
                           Hardware : CPU, BIOS etc.
L’état global du système ACPI
 Global system states (g-state)
    G0 : Working
    G1 : Sleeping (c.à.d.. suspendu, hiberné)
    G2 : Soft off (c.à.d., éteint mais pouvant être
    redémarré par des interruptions en provenance
    des périphériques d’entrée)
    G3 : Mechanical off

    Le numéro le plus faible indique la puissance la plus élevée
Les états d’énergie ACPI
  Global system states (g-state)
  G0 : En fonctionnement
       Etats d’énergie du processeur (C-state)
       C0 : Exécution normale
       C1 : Ralenti (idle)
       C2 : Energie moindre mais plus de temps pour sortir de la latence que C1
       C3 : Energie moindre mais plus de temps pour sortir de la latence que C2
       C4E/C5: Réduit le voltage CPU encore plus et éteint le cache mémoire
       C6: Réduction en profondeur de l’énergie. Réduit le voltage interne du CPU à toute valeur, y compris 0 V
  G1 : En sommeil (c.à.d. suspendu, hiberné)
       Sleep State (S-state)
       S0: En fonctionnement
       S1: Tous les caches du processeur sont vidés, et le(s) CPU(s) cesse(nt) d’exécuter des instructions.
        L’alimentation des CPU(s) et de la RAM est maintenue
       S2: Le CPU est éteint
       S3: Suspendu
       S4: Hiberné
  G2 : Soft off (S5)
  G3 : Mechanical off
Les états d’énergie ACPI
  G0 : En fonctionnement
      Etats d’énergie du processeur (C-state)
      C0 : exécution normale
           Performance state (P-State)
           P0: Plus hautes performances, énergie la plus importante
           P1: inférieur à P0, voltage/fréquence mises à l’échelle
           Pn: inférieur à P(n-1), voltage/fréquence mises à l’échelle
      C1, C2, C3, C45e/C5, C6
  G1 : En sommeil (c.à.d. suspendu, hiberné)
      Sleep State (S-state) : S0, S1, S2, S3, S4
  G2 : Soft off (S5)
  G3 : Mechanical off
Etat ralenti basse énergie
  Ce sont les états ralentis C-State : C1, …
       Le CPU n’exécute pas d’instruction
        dans ces états C-states

   Mécanismes de préservation
   de l’énergie
       Arrêt du signal d’horloge
       Vidage et arrêt du cache
       Arrêt des cœurs
C-State au sein du processeur Intel Core
i7
   Etat C0 du cœur
      L’état normal d’opération d’un cœur au sein duquel le code est exécuté.
   Etat C1/C1E du cœur
      Le cœur s’arrête ; il parcourt ses lignes de cache
   Etat C3 du cœur
      Le cœur vide le contenu son cache instructions L1,
       le cache données L1 et le cache L2 dans le cache
       partagé L3, tout en maintenant son état
       architectural. Toutes les horloges du cœur sont
       arrêtées à ce point. Plus d’opération de parcours
       des lignes de cache
   Etat C6 du cœur
      Avant d’entrer en état C6, le cœur sauvegarde son état architectural au sein
       d’une SRAM dédiée sur le chip. Une fois cette sauvegarde réalisée, le cœur
       voit son voltage passer à 0 volt
Technologies Deep Power Down
(DPD)
   La technologie de l’état C6 est appelée Deep Power Down
     Sur un Mobile Core 2 Extreme X9100, en mode normal (C0),
     son CPU consomme avec une horloge à pleine vitesse
     un maximum de 59 A, qui tombe à 11 A quand le CPU
     est en état C6, soit une réduction de consommation
     de 81,35%
     Sur un mobile Core 2 Duo T9400 ou T9600, qui ont une
     consommation maximum de courant de 47 A, la consommation de
     courant maximal tombe à 5,7 A quand le CPU est en mode C6, soit
     une diminution de 87,87% de la consommation


www.hardwaresecrets.com
Les changements du BIOS
L’OS peut économiser de l’énergie
avec les processeurs modernes Intel /
AMDExemple: Politique énergétique de l’état du processeur
         Réduire la fréquence si la performance le permet

   Etat    Freq         %                  Type
    0      2800        100             Performance   Etat minimum du processeur

    1      2520         90             Performance
    2      2142         85             Performance
    3      1607         75             Performance
    4       964         60             Performance
    5       482         50             Performance




                  http://www.amd.com
On peut « voir » les états avec
Perfmon
                                       Etat maximum du
                                          processeur


                                  Etat minimum du processeur



                                   Besoins en performance
Exemple de développement du
logiciel : Microsoft




3
Gestion de l’énergie de Windows
Focalisation sur l’efficacité énergétique avec Windows 7
Réduction de la consommation énergétique en mode idle



                                                                  Brillance adaptative de
         Détection à grain fin de        Démarrage des            l’affichage
         l’inactivité
                                         services sur             Gestion de l’énergie HD
         Réglage des politiques de       déclencheur              Audio
         gestion de l’énergie du
         processeur et mise à jour                                Support du Bluetooth
         des politiques par défaut       Ordonnanceur de          Sniff Mode
                                         tâches
         Distribution intelligente                                Wired LAN D3 on
         des Timer Ticks                                          Disconnect (diminution de
                                         Migration des            l’énergie en déconnexion)
         Core Parking                    tâches d’arrière
                                                                  Notification asynchrone
         Réducation Idle Activity
                                         plan vers                AHCI (Advanced Host
         Reduction for Hyper-V           l’ordonnanceur           Controller Interface)
    Plateforme de base               Activité d’arrière-plan   Périphériques
Comment Windows gère
l’énergie

                  Gestion du système    Gestion des      Maintenance du
                                       périphériques        système




   Windows Service Control             Windows Task    La base de registre de
       Manager (SCM)                    Scheduler            Windows
La voie vers l’efficacité
  Ralentir et rester au ralenti…
énergétique
                          Minimiser les services et les tâches en cours d’exécution
                          Eviter les traitements d’arrière plan
                          Laisser les processeurs logiques et les sockets rester inactif de telle façon qu’il
                           puissent passer en « sommeil profond » (C states)
                                  Energie électrique vs. utilisation CPU
                                                  (Idle)
   Energie totale du système




                               40.00
                               35.00
                               30.00
            (Watts)




                               25.00
                               20.00
                                                                                          +10 % CPU = +1.25 W
                               15.00
                               10.00                                                      +1,25 W = -8.3 %
                                5.00                                                      batterie
                                   -

                                       0                   50                       100
                                                   Utilisation CPU (%)
Regroupement des timers
 Rester inactif requiert de minimiser les interruptions de timers
 Avant, les timers périodiques avaient des cycles indépendants même
 quand la période était la même
 De nouvelles API pour les timers permettent le regroupement de timers
     Les applications ou les drivers spécifient le délai acceptable
 Le système de gestion des timers décale le déclenchement des timers
 pour aligner les périodes sur des fréquences naturelles


Timer tick
15,6 ms                                                                Vista
Evénements
de timer
périodiques
                                                                       Windows 7
Distribution intelligente des Timer
Ticks l’interruption du primary timer sur le PL 0 propageait le
  Avant,
  timer à tous les autres processeurs logiques
     Le timer du PL 0 met à jour le system tick count et l’horloge

     L’interruption timer pour tous les PL met à jour les runtimes
      processus et thread, contrôle le quantum end des threads
     Même si le PL était inoccupé, il devait servir l’interruption

  Maintenant, le système de timer ne propage les timers que
  vers les processeurs qui ne sont pas inactifs
     Aussi appelé tick skipping

     Les interruptions non relatives aux timers continuent de
      réveiller les PL
Autres améliorations sur le plan
de l’efficacité énergétique
  Réduction des timers :
      Elimination du timer TCP DPC qui était généré à chaque interruption du
       system timer
      Réduction de la fréquence des timers de maintenance des drivers USB
  Gestion énergétique des périphériques :
      Support des dernières spécifications basse consommation d’Intel pour HD
       Audio
      La radio Bluetooth entre en mode de suspension sélective quand les
       connexions sont en sniff mode
      Les NIC entrent automatiquement en mode D3 (basse consommation) quand
       le médium est déconnecté
  L’outil Powercfg est utilisé pour gérer les politiques de performance et
  de consommation énergétique
      Utilisation de l’option /energy pour identifier les problèmes d’efficacité
       énergétique
Analyse : Longueur des intervalles
     d’inactivité
                            Windows* Vista SP1A
                             Windows* 7 Build
                            Windows* 7 Build B
                             Plus on est à droite,
 %idle time (moyenne par




                             mieux c’est
cœur)
Core Parking
  Avant, la charge de travail CPU était distribuée équitablement
  et uniformément sur les processeurs logiques
      Même si le taux d’utilisation était faible
  La fonctionnalité de Core Parking tente de maintenir la charge
  sur le plus petit nombre possible de processeurs logiques
      Permet aux autres de passer en sommeil
      A conscience de la topologie des sockets
           Les nouveaux processeurs placent les sockets en sommeil profond sir les
            cœurs sont inactifs
  La fonctionnalité de Core Parking est active sur les serveurs et
  les machines SMT (systèmes supportant la notion
  d’hyperthread)
      Meilleurs retours pour les charges de travail médianes
      Les clients tendent à fonctionner aux extrêmes (0 ou 100)
Conception de Core Parking
  Le timer du Power Manager se déclenche périodiquement (30 – 50 ms)
      Effectue la gestion des P-states (Power States) et des C-states (Core States)
       pour chacun des processeurs
      Calcule l’utilisation moyenne et implémente la politique de core parking
  Détermine quel processeur logique (PL) « parquer » ou « déparquer » :
      Déparque les cœurs si la moyenne pour les non parqués est > seuil
       d’augmentation
      Parque les cœurs si la moyenne pour les non parqués est < seuil de diminution
      Les cœurs parqués au-dessus du seuil de parking sont également déparqués
      Au moins un CPU dans chacun des nœuds NUMA est laissé non parqué
  Le Power manager notifie le scheduler de la mise à jour d’une décision
  de parking
      Le scheduler évite les cœurs parqués
           On passe outre si l’on utilise la hard affinity et le thread ideal processor si aucun autre
            n’est disponible
      Interruptions et DPC ne sont pas affectés
Les opérations de Core Parking
      Coeur    Coeur   Core
                       Coeur   Core
                               Coeur
        0        1       0
                         0       1
                                 1




         Socket 0       Socket 1
     Charge
Le Task Scheduler Windows
  Le Task Scheduler :
     Maintient une base de
      données des tâches
      installées
     Démarre et arrête les tâches
     Gère les tâches en
      exécution
     Gère les informations d’état
      relatives aux tâches
     ubpm.dll = DLL Unified
      Background Process
      Manager
     Les tâches peuvent être
      dans les états :
          Ready - Running – Queued
           – Disabled
Unified Background
Process
  L’infrastructure UBPM unifie les mécanismes pour le
Manager l’arrêt desService Control Manager afin d’éviter la
  démarrage et (UBPM)
     Implémenté au sein du
                            processus fondés sur des événements
         création d’un autre processus
        Tous les événements sont basés sur des événements ETW (Event
         Tracing for Windows)
             UBPM est le gestionnaire central pour l’enregistrement de clients et la
              notification ETW
    Clients UBPM :
        Task scheduler : nouveaux processus Taskhost
        Service Control Manager : services déclenchés
Le Service Control Manager
(SCM)
       Déclencheur
        connexion
       périphérique
                                                  Service 1
       Déclencheur                         Souscrit pour démarrer sur
        adresse IP                            un déclencheur de
                                           connexion de périphérique



       Déclencheur
                         Service Control
        domaine
                         Manager (SCM)             Service 2
                                               Souscrit pour
                                             démarrer sur un
       Déclencheur                              déclencheur
     Group Policy (GP)                        « Domain join »
                                                s’arrêter sur
                                           « Domain disjoin » et
                                             démarrer sur un
       Déclencheur                            déclencheur GP
       personnalisé
Services déclenchés
 Avant, les services démarraient typiquement lors du démarrage du
 système et s’exécutaient jusqu’au shutdown
 Les Services peuvent maintenant spécifier des conditions de démarrage
 et d’arrêt (déclencheurs - triggers):
     Survenue et suppression d’une classe de périphérique
          Bthserv : démarrage lors de la survenue d’une classe de périphérique bluetooth
     Survenue et suppression d’une adresse IP
          Lmhosts : démarrage lors de l’apparition de la première adresse IP et arrêt lors de la
           suppression de la dernière adresse IP
     Evénement port pare-feu
          Browser Service : ouverture des ports Netbios NS (Name Service) et DGM
           (datagrammes)
     Rejoindre ou quitter un domaine
          W32Time : démarrage quand on rejoint, arrêt quand on quitte
     Evénement ETW custom
          EFS: démarrage lors du premier accès à un fichier chiffré
 Les déclencheurs sont stockés dans une clé de la base de registre
 service
     Utiliser « sc qtriggerinfo » pour visualiser les déclencheurs des services
Gérer ACPI avec Windows 7 / 2008
Déclencher la lancement de Services
R2 Les service s’enregistrent pour être démarrés
   ou stoppés quand un événement déclencheur
   survient, éliminant ainsi la nécessité que les
   services démarrent quand le système démarre
   Les services peuvent aussi choisir ou être en
   attente active sur un événement
   Un Service peut démarrer quand c’est
   nécessaire au lieu de démarrer
   automatiquement
   Exemples d’événements déclencheurs :
        Arrivée d’un périphérique d’une classe
         d’interface spécifique ou disponibilité d’un
         port spécifique de pare-feu
        Un service peut aussi s’enregistrer pour un
         événement déclencheur spécifique généré
         par un fournisseur Event Tracing for
         Windows (ETW)
Power saver (Max power saving)                             SET _Max_Power=A1841308-3541-4FAB-

Politiques énergétiques
       BC81-F71556F20B4A
       Balanced (Typical)
                    SET _Med_Power=381B4222-F694-41F0-
       9685-FF5BB260DF2E
WindowsHigh performance (Min power saving)
     Name           SET _Min_Power=8C5E7FDA-E8BF-4A96-
                      GUID
       9A85-A6E23A8C635C
                                                                   Description
                                                                                                              Default (Balanced)
                                                                                                               AC            DC

                                            Determines the amount of inactivity time before the system
 Unattended sleep 7bc4a2f9-d8fc-4469-
         Examples
     timeout      b07b-33eb785aaca0
                                            automatically sleeps if the computer resumed without a user    2 minutes      2 minutes
                                            present
         Powercfg -getactivescheme
         Powercfg94d3a615-a899-4ac5-
 System cooling   -devicequery wake_armed if Active or Passive cooling should be favored for
                                     Determines
                                                                                                             Active        Active
     policy      ae2b-e4d8f634367f
         Powercfg -h on              thermal zones

 Reserve Powercfgf3c5027d-cd16-4930-
         battery  -Change -monitor-timeout-ac 20
                                     Configures the percentage of battery capacity remaining
                                                                                                              n/a            7%
         Powercfgaa6b-90db844a8f00
      level       -Change -disk-timeout-ac displaying the reserve battery warning
                                     before 30
         Powercfg -deviceEnableWake "Microsoft USB power modes Explorer"
                                     Configures AHCI link
                                                          IntelliMouse
 AHCI link power   0b2d69d7-a2a1-449c-                                                                                     HIPM,
                                 (HIPM, DIPM) and link power states                                       HIPM, Partial
     mode          9680-f91c70521c60                                                                                      Slumber
                                 (Partial, Slumber, Active)
        SET _Max_Power=A1841308-3541-4FAB-BC81-F71556F20B4A
         Powercfga4b195f5-8225-47d8-
  Allow System    -SETACTIVE %_Max_Power%
                                     Enable applications to prevent the system from idling to
                                                                                                            Enabled       Enabled
 Required Policy 8012-9d41369786e2   sleep
         SET _Custom_Power=B1234567-SS64-SS64-SS64-F00000111AAA the system
                                     Determines the amount of inactivity time before
         Powercfg17aaa29b-8b43-4b94-
 Dim Display After  -DUPLICATESCHEME automatically reduces the brightness of the display on a
                   aafe-35f64daaf1ee
                                      %_Max_Power% %_Custom_Power%                                         5 minutes      2 minutes
                                     mobile PC
         Powercfg -CHANGENAME %_Custom_Power% "Custom1"
         Powercfg -SETACTIVE %_Custom_Power%
Gérer les plans énergétiques avec les Group
Policies
Diagnostics d’efficacité énergétique
Windows
  Windows 7 fournit des diagnostics
  qui permettent d’identifier les
  problèmes au sein de l’entreprise
  L’utilitaire PowerCfg.exe permet
  de déterminer rapidement les
  problèmes classiques qui peuvent
  affecter l’efficacité énergétique
  Il est aussi possible d’identifier les
  applications et les fichiers ouverts
  sur le réseau qui empêchent un
  ordinateur d’entrer dans les états
  de sommeil ou d’hibernation
  PowerCFG instrumente l’event
  tracing pour la gestion de
  l’énergie et les services associés
La gestion de l’énergie en
entreprise SCCM 2007 R3




4
Gestion du cycle de vie de
l’énergie
Phase 1 – Comprendre l’état courant
• Collecter les données de base
• Evaluer l’état courant et déterminer les
  possibilités

Phase 2 – Planifier la politique énergétique
• Analyser les modèles d’utilisation et les
  paramétrages énergétiques existants
• Définir les plans énergétiques et les
  paramétrages

Phase 3 – Appliquer les politiques
énergétiques
• Mettre en service les politiques énergétiques
• Récolter les données de mise en application

Phase 4 – Conformité et rapports
• Vérifier la conformité et prendre les éventuelles
  actions de remédiation
• Rapporter les coûts et les économies en CO2
Rapports standards



      Enforcement

                     Enforcement
Rapports standards : Activité
de l’ordinateur
      Ordinateur allumé           Ecran allumé                     Utilisateur actif
   Avant la mise en application                  Après la mise en application
Utilisation du tableau de bord ConfigMgr
: Rapport de consommation
MERCI !
Microsoft France
39, quai du président Roosevelt
  92130 Issy-Les-Moulineaux

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Comment passer au vert ? De la gestion de l’énergie au sein de Windows

  • 1. palais des congrès Paris 7, 8 et 9 février 2012
  • 2. Comment passer au vert ? Session : GRE203 Code De la gestion de l’énergie au sein de Windows Bernard Ourghanlian Directeur Technique et Sécurité Microsoft France
  • 3. Sommaire Introduction  La situation telle qu’elle est (bien souvent…)  Ce qu’elle devrait être… Les développement du hardware  L’exemple d’Intel Les développement de logiciels  L’exemple de Microsoft Les technologies de gestion de l’énergie de Windows La gestion de l’énergie en entreprise  System Center Configuration Manager 2007 R3
  • 5. La situation telle qu’elle est (bien souvent…) Pas ou peu de considération pour le gâchis d’énergie • Les machines restent allumées 24h sur 24 • Les écrans sont laissés allumés • Déploiement du logiciel, maintenance, etc. • Piètre autonomie sur les terminaux mobiles / les PC portables • Manque d’outils de gestion de l’énergie pour les entreprises • Ignorance de la quantité d’énergie gâchée • Le facteur « je m’en foustiste » car « ce n’est pas moi qui paye la facture » • Les impacts économiques ne sont jamais pris en compte (facture énergétique) • Manque de gouvernance, d’obligations
  • 6. Pour se faire peur… Savez-vous qu’il faut une moyenne de 438 Kg de charbon pour alimenter un ordinateur par an ? Faronics.com
  • 7. Le bureau moyen… “After lighting, computers and monitors have the highest energy consumption in office environments. Studies have shown that power management of computers and monitors can significantly reduce their energy consumption, saving hundreds or thousands of dollars a year on electricity costs.” www.ddsw.co.uk
  • 8. Quelle est la solution ? o Gestion manuelle de l’énergie, qui repose sur l’éducation des utilisateurs afin qu’ils éteignent leur ordinateurs quand ils n’en ont plus besoin : permet d’obtenir des résultats impressionnants sous réserve d’une sensibilisation permanente et de la mise en œuvre d’obligations o Gestion automatique de l’énergie, qui repose sur le logiciel ou sur les fonctionnalités standard d’économie d’énergie. Théoriquement la gestion automatique de l'énergie peut atteindre un objectif de 100 % de gestion de l’énergie, tous les ordinateurs étant éteints quand ils n’en ont pas besoin et en mode de consommation basse quand
  • 9. Exemple de développement du hardware : Intel 2
  • 10. Mode Turbo avant la microarchitecture Intel® Core™ (Nehalem) Horloge arrêtée Réduction de l’énergie dans les cœurs inactifs Pas de Turbo Fréquence (F) Fréquence (F) Travail peu chargé en thread Cœur 0 Cœur 1 Cœur 0 Cœur 1
  • 11. Mode Turbo avant la microarchitecture Intel® Core™ (Nehalem) Horloge arrêtée Mode Turbo Réduction de l’énergie En réponse à la charge dans les cœurs inactifs ajoute des incréments de Pas de Turbo performance dans l’espace libre Frequency (F) Fréquence (F) Travail peu chargé en thread Cœur 0 Cœur 1 Cœur 0
  • 12. Microarchitecture Mode Turbo Intel® Core™ (Nehalem) Intel® Turbo Boost 2.0 permet automatiquement aux cœurs de tourner plus rapidement que la fréquence opératoire de base tout en respectant des limites des spécifications (puissance, courant et température) La technologie Intel Turbo Boost 2.0 est activée quand l’OS demande l’état de plus haute performance du processeur (P0) La fréquence maximale de la technologie Intel Turbo Boost 2.0 est dépendante du nombre de cœurs actifs Le temps dans lequel le processeur passe dans ce mode Turbo dépend de la charge et de l’environnement de travail
  • 13. Microarchitecture Mode Turbo Intel® Core™ (Nehalem) Eléments fixant la limite haute de la technologie Intel Turbo Boost 2.0 pour une charge de travail donnée :  Nombre de cœurs actifs  Consommation de courant estimée  Consommation de puissance estimée  Température du processeur Quand le processeur opère en deçà de ces limites et que la charge de travail demande une performance additionnelle, le fréquence du processeur augmentera dynamiquement jusqu’à ce que la limite haute de la fréquence soit atteinte La technologie Intel Turbo Boost 2.0 permet au processeur d’opérer à un niveau de puissance qui est plus élevé que sa puissance limite documentée (TDP – Thermal Design Power) pour des périodes courtes afin de maximiser la performance
  • 14. Qu’est-ce que le standard ACPI ? ACPI (Advanced Configuration and Power Interface)  Spécification d’interface standard  L’OS peut effectuer la gestion de l’énergie en utilisant cette API  Le hardware et des drivers logiciels supportent cette API  La mise en correspondance entre les mécanismes CPU et ACPI est fournie par le BIOS et les drivers logiciels Applications Gestion de l’énergie par l’OS ACPI Drivers logiciels Hardware : CPU, BIOS etc.
  • 15. L’état global du système ACPI Global system states (g-state) G0 : Working G1 : Sleeping (c.à.d.. suspendu, hiberné) G2 : Soft off (c.à.d., éteint mais pouvant être redémarré par des interruptions en provenance des périphériques d’entrée) G3 : Mechanical off Le numéro le plus faible indique la puissance la plus élevée
  • 16. Les états d’énergie ACPI Global system states (g-state) G0 : En fonctionnement  Etats d’énergie du processeur (C-state)  C0 : Exécution normale  C1 : Ralenti (idle)  C2 : Energie moindre mais plus de temps pour sortir de la latence que C1  C3 : Energie moindre mais plus de temps pour sortir de la latence que C2  C4E/C5: Réduit le voltage CPU encore plus et éteint le cache mémoire  C6: Réduction en profondeur de l’énergie. Réduit le voltage interne du CPU à toute valeur, y compris 0 V G1 : En sommeil (c.à.d. suspendu, hiberné)  Sleep State (S-state)  S0: En fonctionnement  S1: Tous les caches du processeur sont vidés, et le(s) CPU(s) cesse(nt) d’exécuter des instructions. L’alimentation des CPU(s) et de la RAM est maintenue  S2: Le CPU est éteint  S3: Suspendu  S4: Hiberné G2 : Soft off (S5) G3 : Mechanical off
  • 17. Les états d’énergie ACPI G0 : En fonctionnement  Etats d’énergie du processeur (C-state)  C0 : exécution normale  Performance state (P-State)  P0: Plus hautes performances, énergie la plus importante  P1: inférieur à P0, voltage/fréquence mises à l’échelle  Pn: inférieur à P(n-1), voltage/fréquence mises à l’échelle  C1, C2, C3, C45e/C5, C6 G1 : En sommeil (c.à.d. suspendu, hiberné)  Sleep State (S-state) : S0, S1, S2, S3, S4 G2 : Soft off (S5) G3 : Mechanical off
  • 18. Etat ralenti basse énergie  Ce sont les états ralentis C-State : C1, …  Le CPU n’exécute pas d’instruction dans ces états C-states Mécanismes de préservation de l’énergie  Arrêt du signal d’horloge  Vidage et arrêt du cache  Arrêt des cœurs
  • 19. C-State au sein du processeur Intel Core i7 Etat C0 du cœur  L’état normal d’opération d’un cœur au sein duquel le code est exécuté. Etat C1/C1E du cœur  Le cœur s’arrête ; il parcourt ses lignes de cache Etat C3 du cœur  Le cœur vide le contenu son cache instructions L1, le cache données L1 et le cache L2 dans le cache partagé L3, tout en maintenant son état architectural. Toutes les horloges du cœur sont arrêtées à ce point. Plus d’opération de parcours des lignes de cache Etat C6 du cœur  Avant d’entrer en état C6, le cœur sauvegarde son état architectural au sein d’une SRAM dédiée sur le chip. Une fois cette sauvegarde réalisée, le cœur voit son voltage passer à 0 volt
  • 20. Technologies Deep Power Down (DPD) La technologie de l’état C6 est appelée Deep Power Down Sur un Mobile Core 2 Extreme X9100, en mode normal (C0), son CPU consomme avec une horloge à pleine vitesse un maximum de 59 A, qui tombe à 11 A quand le CPU est en état C6, soit une réduction de consommation de 81,35% Sur un mobile Core 2 Duo T9400 ou T9600, qui ont une consommation maximum de courant de 47 A, la consommation de courant maximal tombe à 5,7 A quand le CPU est en mode C6, soit une diminution de 87,87% de la consommation www.hardwaresecrets.com
  • 22. L’OS peut économiser de l’énergie avec les processeurs modernes Intel / AMDExemple: Politique énergétique de l’état du processeur  Réduire la fréquence si la performance le permet Etat Freq % Type 0 2800 100 Performance Etat minimum du processeur 1 2520 90 Performance 2 2142 85 Performance 3 1607 75 Performance 4 964 60 Performance 5 482 50 Performance http://www.amd.com
  • 23. On peut « voir » les états avec Perfmon Etat maximum du processeur Etat minimum du processeur Besoins en performance
  • 24. Exemple de développement du logiciel : Microsoft 3
  • 25. Gestion de l’énergie de Windows Focalisation sur l’efficacité énergétique avec Windows 7 Réduction de la consommation énergétique en mode idle Brillance adaptative de Détection à grain fin de Démarrage des l’affichage l’inactivité services sur Gestion de l’énergie HD Réglage des politiques de déclencheur Audio gestion de l’énergie du processeur et mise à jour Support du Bluetooth des politiques par défaut Ordonnanceur de Sniff Mode tâches Distribution intelligente Wired LAN D3 on des Timer Ticks Disconnect (diminution de Migration des l’énergie en déconnexion) Core Parking tâches d’arrière Notification asynchrone Réducation Idle Activity plan vers AHCI (Advanced Host Reduction for Hyper-V l’ordonnanceur Controller Interface) Plateforme de base Activité d’arrière-plan Périphériques
  • 26. Comment Windows gère l’énergie Gestion du système Gestion des Maintenance du périphériques système Windows Service Control Windows Task La base de registre de Manager (SCM) Scheduler Windows
  • 27. La voie vers l’efficacité Ralentir et rester au ralenti… énergétique  Minimiser les services et les tâches en cours d’exécution  Eviter les traitements d’arrière plan  Laisser les processeurs logiques et les sockets rester inactif de telle façon qu’il puissent passer en « sommeil profond » (C states) Energie électrique vs. utilisation CPU (Idle) Energie totale du système 40.00 35.00 30.00 (Watts) 25.00 20.00 +10 % CPU = +1.25 W 15.00 10.00 +1,25 W = -8.3 % 5.00 batterie - 0 50 100 Utilisation CPU (%)
  • 28. Regroupement des timers Rester inactif requiert de minimiser les interruptions de timers Avant, les timers périodiques avaient des cycles indépendants même quand la période était la même De nouvelles API pour les timers permettent le regroupement de timers  Les applications ou les drivers spécifient le délai acceptable Le système de gestion des timers décale le déclenchement des timers pour aligner les périodes sur des fréquences naturelles Timer tick 15,6 ms Vista Evénements de timer périodiques Windows 7
  • 29. Distribution intelligente des Timer Ticks l’interruption du primary timer sur le PL 0 propageait le Avant, timer à tous les autres processeurs logiques  Le timer du PL 0 met à jour le system tick count et l’horloge  L’interruption timer pour tous les PL met à jour les runtimes processus et thread, contrôle le quantum end des threads  Même si le PL était inoccupé, il devait servir l’interruption Maintenant, le système de timer ne propage les timers que vers les processeurs qui ne sont pas inactifs  Aussi appelé tick skipping  Les interruptions non relatives aux timers continuent de réveiller les PL
  • 30. Autres améliorations sur le plan de l’efficacité énergétique Réduction des timers :  Elimination du timer TCP DPC qui était généré à chaque interruption du system timer  Réduction de la fréquence des timers de maintenance des drivers USB Gestion énergétique des périphériques :  Support des dernières spécifications basse consommation d’Intel pour HD Audio  La radio Bluetooth entre en mode de suspension sélective quand les connexions sont en sniff mode  Les NIC entrent automatiquement en mode D3 (basse consommation) quand le médium est déconnecté L’outil Powercfg est utilisé pour gérer les politiques de performance et de consommation énergétique  Utilisation de l’option /energy pour identifier les problèmes d’efficacité énergétique
  • 31. Analyse : Longueur des intervalles d’inactivité Windows* Vista SP1A Windows* 7 Build Windows* 7 Build B Plus on est à droite, %idle time (moyenne par mieux c’est cœur)
  • 32. Core Parking Avant, la charge de travail CPU était distribuée équitablement et uniformément sur les processeurs logiques  Même si le taux d’utilisation était faible La fonctionnalité de Core Parking tente de maintenir la charge sur le plus petit nombre possible de processeurs logiques  Permet aux autres de passer en sommeil  A conscience de la topologie des sockets  Les nouveaux processeurs placent les sockets en sommeil profond sir les cœurs sont inactifs La fonctionnalité de Core Parking est active sur les serveurs et les machines SMT (systèmes supportant la notion d’hyperthread)  Meilleurs retours pour les charges de travail médianes  Les clients tendent à fonctionner aux extrêmes (0 ou 100)
  • 33. Conception de Core Parking Le timer du Power Manager se déclenche périodiquement (30 – 50 ms)  Effectue la gestion des P-states (Power States) et des C-states (Core States) pour chacun des processeurs  Calcule l’utilisation moyenne et implémente la politique de core parking Détermine quel processeur logique (PL) « parquer » ou « déparquer » :  Déparque les cœurs si la moyenne pour les non parqués est > seuil d’augmentation  Parque les cœurs si la moyenne pour les non parqués est < seuil de diminution  Les cœurs parqués au-dessus du seuil de parking sont également déparqués  Au moins un CPU dans chacun des nœuds NUMA est laissé non parqué Le Power manager notifie le scheduler de la mise à jour d’une décision de parking  Le scheduler évite les cœurs parqués  On passe outre si l’on utilise la hard affinity et le thread ideal processor si aucun autre n’est disponible  Interruptions et DPC ne sont pas affectés
  • 34. Les opérations de Core Parking Coeur Coeur Core Coeur Core Coeur 0 1 0 0 1 1 Socket 0 Socket 1 Charge
  • 35. Le Task Scheduler Windows Le Task Scheduler :  Maintient une base de données des tâches installées  Démarre et arrête les tâches  Gère les tâches en exécution  Gère les informations d’état relatives aux tâches  ubpm.dll = DLL Unified Background Process Manager  Les tâches peuvent être dans les états :  Ready - Running – Queued – Disabled
  • 36. Unified Background Process L’infrastructure UBPM unifie les mécanismes pour le Manager l’arrêt desService Control Manager afin d’éviter la démarrage et (UBPM) Implémenté au sein du processus fondés sur des événements création d’un autre processus  Tous les événements sont basés sur des événements ETW (Event Tracing for Windows)  UBPM est le gestionnaire central pour l’enregistrement de clients et la notification ETW Clients UBPM :  Task scheduler : nouveaux processus Taskhost  Service Control Manager : services déclenchés
  • 37. Le Service Control Manager (SCM) Déclencheur connexion périphérique Service 1 Déclencheur Souscrit pour démarrer sur adresse IP un déclencheur de connexion de périphérique Déclencheur Service Control domaine Manager (SCM) Service 2 Souscrit pour démarrer sur un Déclencheur déclencheur Group Policy (GP) « Domain join » s’arrêter sur « Domain disjoin » et démarrer sur un Déclencheur déclencheur GP personnalisé
  • 38. Services déclenchés Avant, les services démarraient typiquement lors du démarrage du système et s’exécutaient jusqu’au shutdown Les Services peuvent maintenant spécifier des conditions de démarrage et d’arrêt (déclencheurs - triggers):  Survenue et suppression d’une classe de périphérique  Bthserv : démarrage lors de la survenue d’une classe de périphérique bluetooth  Survenue et suppression d’une adresse IP  Lmhosts : démarrage lors de l’apparition de la première adresse IP et arrêt lors de la suppression de la dernière adresse IP  Evénement port pare-feu  Browser Service : ouverture des ports Netbios NS (Name Service) et DGM (datagrammes)  Rejoindre ou quitter un domaine  W32Time : démarrage quand on rejoint, arrêt quand on quitte  Evénement ETW custom  EFS: démarrage lors du premier accès à un fichier chiffré Les déclencheurs sont stockés dans une clé de la base de registre service  Utiliser « sc qtriggerinfo » pour visualiser les déclencheurs des services
  • 39. Gérer ACPI avec Windows 7 / 2008 Déclencher la lancement de Services R2 Les service s’enregistrent pour être démarrés ou stoppés quand un événement déclencheur survient, éliminant ainsi la nécessité que les services démarrent quand le système démarre Les services peuvent aussi choisir ou être en attente active sur un événement Un Service peut démarrer quand c’est nécessaire au lieu de démarrer automatiquement Exemples d’événements déclencheurs :  Arrivée d’un périphérique d’une classe d’interface spécifique ou disponibilité d’un port spécifique de pare-feu  Un service peut aussi s’enregistrer pour un événement déclencheur spécifique généré par un fournisseur Event Tracing for Windows (ETW)
  • 40. Power saver (Max power saving) SET _Max_Power=A1841308-3541-4FAB- Politiques énergétiques BC81-F71556F20B4A Balanced (Typical) SET _Med_Power=381B4222-F694-41F0- 9685-FF5BB260DF2E WindowsHigh performance (Min power saving) Name SET _Min_Power=8C5E7FDA-E8BF-4A96- GUID 9A85-A6E23A8C635C Description Default (Balanced) AC DC Determines the amount of inactivity time before the system Unattended sleep 7bc4a2f9-d8fc-4469- Examples timeout b07b-33eb785aaca0 automatically sleeps if the computer resumed without a user 2 minutes 2 minutes present Powercfg -getactivescheme Powercfg94d3a615-a899-4ac5- System cooling -devicequery wake_armed if Active or Passive cooling should be favored for Determines Active Active policy ae2b-e4d8f634367f Powercfg -h on thermal zones Reserve Powercfgf3c5027d-cd16-4930- battery -Change -monitor-timeout-ac 20 Configures the percentage of battery capacity remaining n/a 7% Powercfgaa6b-90db844a8f00 level -Change -disk-timeout-ac displaying the reserve battery warning before 30 Powercfg -deviceEnableWake "Microsoft USB power modes Explorer" Configures AHCI link IntelliMouse AHCI link power 0b2d69d7-a2a1-449c- HIPM, (HIPM, DIPM) and link power states HIPM, Partial mode 9680-f91c70521c60 Slumber (Partial, Slumber, Active) SET _Max_Power=A1841308-3541-4FAB-BC81-F71556F20B4A Powercfga4b195f5-8225-47d8- Allow System -SETACTIVE %_Max_Power% Enable applications to prevent the system from idling to Enabled Enabled Required Policy 8012-9d41369786e2 sleep SET _Custom_Power=B1234567-SS64-SS64-SS64-F00000111AAA the system Determines the amount of inactivity time before Powercfg17aaa29b-8b43-4b94- Dim Display After -DUPLICATESCHEME automatically reduces the brightness of the display on a aafe-35f64daaf1ee %_Max_Power% %_Custom_Power% 5 minutes 2 minutes mobile PC Powercfg -CHANGENAME %_Custom_Power% "Custom1" Powercfg -SETACTIVE %_Custom_Power%
  • 41. Gérer les plans énergétiques avec les Group Policies
  • 42. Diagnostics d’efficacité énergétique Windows Windows 7 fournit des diagnostics qui permettent d’identifier les problèmes au sein de l’entreprise L’utilitaire PowerCfg.exe permet de déterminer rapidement les problèmes classiques qui peuvent affecter l’efficacité énergétique Il est aussi possible d’identifier les applications et les fichiers ouverts sur le réseau qui empêchent un ordinateur d’entrer dans les états de sommeil ou d’hibernation PowerCFG instrumente l’event tracing pour la gestion de l’énergie et les services associés
  • 43. La gestion de l’énergie en entreprise SCCM 2007 R3 4
  • 44. Gestion du cycle de vie de l’énergie Phase 1 – Comprendre l’état courant • Collecter les données de base • Evaluer l’état courant et déterminer les possibilités Phase 2 – Planifier la politique énergétique • Analyser les modèles d’utilisation et les paramétrages énergétiques existants • Définir les plans énergétiques et les paramétrages Phase 3 – Appliquer les politiques énergétiques • Mettre en service les politiques énergétiques • Récolter les données de mise en application Phase 4 – Conformité et rapports • Vérifier la conformité et prendre les éventuelles actions de remédiation • Rapporter les coûts et les économies en CO2
  • 45. Rapports standards Enforcement Enforcement
  • 46. Rapports standards : Activité de l’ordinateur Ordinateur allumé Ecran allumé Utilisateur actif Avant la mise en application Après la mise en application
  • 47. Utilisation du tableau de bord ConfigMgr : Rapport de consommation
  • 49. Microsoft France 39, quai du président Roosevelt 92130 Issy-Les-Moulineaux www.microsoft.com/france