基于RAPL的粗粒度功耗負(fù)載特征分析方法

本公開實(shí)施例涉及硬件安全，尤其涉及基于rapl的粗粒度功耗負(fù)載特征分析方法。

背景技術(shù)：

1、現(xiàn)代社會(huì)計(jì)算機(jī)科學(xué)高速發(fā)展，科學(xué)研究及日常生活對(duì)cpu的算力要求也越來(lái)越高，巨大的算力需要消耗大量的電力能源，為了節(jié)約能源，最大程度上利用好計(jì)算機(jī)的算力資源，對(duì)計(jì)算機(jī)的功耗監(jiān)測(cè)必不可少。一些主流的硬件廠商都發(fā)展了自己的功耗管理技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)計(jì)算機(jī)的功耗監(jiān)測(cè)，例如nvidia發(fā)展的gpuboost技術(shù)，amd的cpu提供的類似rapl接口，稱為apm（applicationpowermanagement）和p-state（performancestate）控制。但intel的rapl技術(shù)無(wú)疑是最為成熟完善的功耗管理技術(shù)之一。

2、intel在sandybridge架構(gòu)中首次引入了運(yùn)行平均功率限制（runningaveragepowerlimit）技術(shù)，該技術(shù)應(yīng)用軟件功率模型，其原理是在主芯片封裝上的輔助控制器上運(yùn)行使用各種硬件性能計(jì)數(shù)器、溫度功率泄漏模型和i/o模型來(lái)估計(jì)能量消耗。rapl技術(shù)能以高粒度高采樣率來(lái)測(cè)量細(xì)微的功耗變化，這種高精度的功耗測(cè)量正好可以被用來(lái)實(shí)現(xiàn)高精度的cpu功耗監(jiān)測(cè)，用戶可以通過(guò)微小的功耗變化情況，分析出計(jì)算機(jī)cpu中正在運(yùn)行的負(fù)載任務(wù)的工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)cpu功耗的一種粗粒度的監(jiān)測(cè)。

3、現(xiàn)有方法通常使用復(fù)雜的外接測(cè)量?jī)x器或者一些低精度的接口來(lái)對(duì)cpu的功耗進(jìn)行監(jiān)測(cè)，不僅操作復(fù)雜繁瑣，而且測(cè)量精度不高，無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)cpu功耗實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提供一種基于rapl的粗粒度功耗負(fù)載特征分析方法，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在不僅操作復(fù)雜繁瑣，而且測(cè)量精度不高，無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)cpu功耗實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)的問(wèn)題。

2、根據(jù)本公開實(shí)施例，提供一種基于rapl的粗粒度功耗負(fù)載特征分析方法，該方法包括：

3、建立基于ubuntu系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境；

4、基于所述實(shí)驗(yàn)環(huán)境，讀取多個(gè)負(fù)載任務(wù)的cpu功耗，以得到各個(gè)所述負(fù)載任務(wù)的功耗數(shù)據(jù)；

5、對(duì)各個(gè)所述負(fù)載任務(wù)的所述功耗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，以得到各個(gè)所述負(fù)載任務(wù)的功耗特征；

6、對(duì)待分析功耗數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以得到待分析功耗特征；

7、利用各個(gè)所述負(fù)載任務(wù)的所述功耗特征對(duì)所述待分析功耗特征進(jìn)行分析，以判斷用戶的工作狀態(tài)。

8、進(jìn)一步的，建立基于ubuntu系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境的步驟中，包括：

9、在啟動(dòng)盤內(nèi)安裝ubuntu系統(tǒng)；

10、利用啟動(dòng)盤將所述ubuntu系統(tǒng)安裝在計(jì)算機(jī)中，以建立所述基于ubuntu系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。

11、進(jìn)一步的，基于所述實(shí)驗(yàn)環(huán)境，讀取多個(gè)負(fù)載任務(wù)的cpu功耗，以得到各個(gè)所述負(fù)載任務(wù)的功耗數(shù)據(jù)的步驟中，包括：

12、利用負(fù)載生成工具生成多種所述任務(wù)負(fù)載；

13、針對(duì)一種所述負(fù)載任務(wù)，運(yùn)行所述負(fù)載任務(wù)，并進(jìn)行不同的操作，利用rapl計(jì)算所述負(fù)載任務(wù)產(chǎn)生的cpu功耗，以得到所述功耗數(shù)據(jù)；

14、遍歷所有所述負(fù)載任務(wù)，分別得到所有所述任務(wù)負(fù)載的所述功耗數(shù)據(jù)；

15、利用所述rapl讀取所有所述任務(wù)負(fù)載的所述功耗數(shù)據(jù)。

16、進(jìn)一步的，利用rapl計(jì)算所述負(fù)載任務(wù)產(chǎn)生的cpu功耗，以得到所述功耗數(shù)據(jù)的步驟中，包括：

17、運(yùn)行的所述任務(wù)負(fù)載使pkg域的能量計(jì)數(shù)器msr_pkg_energy_status中的能量計(jì)數(shù)數(shù)值發(fā)生變化，以得到連續(xù)的兩次數(shù)值，即第一能量值和第二能量值；

18、根據(jù)周期為t的寄存器周期性讀取所述第一能量值和所述第二能量值；

19、根據(jù)所述第一能量值和所述第二能量值之差，得到t時(shí)間內(nèi)的能量消耗計(jì)數(shù)e；

20、從msr_rapl_power_unit中得到能量計(jì)數(shù)的單位u，則得到t時(shí)間內(nèi)的平均功率eu/t，即所述功耗數(shù)據(jù)。

21、進(jìn)一步的，所述負(fù)載任務(wù)包括：輕度負(fù)載、中度負(fù)載、高度負(fù)載和重度負(fù)載。

22、進(jìn)一步的，對(duì)各個(gè)所述負(fù)載任務(wù)的所述功耗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，以得到各個(gè)所述負(fù)載任務(wù)的功耗特征的步驟中，包括：

23、利用各個(gè)所述負(fù)載任務(wù)的所述功耗數(shù)據(jù)生成對(duì)應(yīng)的功耗曲線；

24、對(duì)各個(gè)所述負(fù)載任務(wù)的所述功耗曲線進(jìn)行分析，以得到各個(gè)所述負(fù)載任務(wù)的所述功耗特征。

25、進(jìn)一步的，對(duì)待分析功耗數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以得到待分析功耗特征的步驟中，包括：

26、利用所述待分析功耗數(shù)據(jù)生成待分析功耗曲線；

27、對(duì)所述功待分析功耗曲線進(jìn)行分析，以得到所述待分析功耗特征。

28、進(jìn)一步的，利用各個(gè)所述負(fù)載任務(wù)的所述功耗特征對(duì)所述待分析功耗特征進(jìn)行分析，以判斷用戶的工作狀態(tài)的步驟中，包括：

29、基于各個(gè)所述負(fù)載任務(wù)的所述功耗特征和絕對(duì)功耗值，對(duì)所述待分析功耗特征進(jìn)行對(duì)比，以確定所述待分析功耗數(shù)據(jù)的類型；

30、根據(jù)所述待分析功耗數(shù)據(jù)的類型判斷用戶的工作狀態(tài)。

31、進(jìn)一步的，所述輕度負(fù)載的絕對(duì)功耗值的范圍為(0,5w]，所述中度負(fù)載的絕對(duì)功耗值的范圍為(5,20w]，所述高度負(fù)載的絕對(duì)功耗值的范圍為(20,35w]，所述重度負(fù)載的絕對(duì)功耗值大于35w。

32、本公開的實(shí)施例提供的技術(shù)方案可以包括以下有益效果：

33、本公開的實(shí)施例中，通過(guò)上述基于rapl的粗粒度功耗負(fù)載特征分析方法，一方面，在ubuntu系統(tǒng)中使用rapl技術(shù)監(jiān)測(cè)pkg域的功耗變化情況，在監(jiān)測(cè)過(guò)程中運(yùn)行多種不同類型的任務(wù)負(fù)載，記錄每個(gè)任務(wù)負(fù)載運(yùn)行過(guò)程中的功耗變化，根據(jù)功率變化趨勢(shì)以及變化速率等信息來(lái)分析負(fù)載的運(yùn)行狀態(tài)，得到負(fù)載的功耗泄露特征。最后使用不同任務(wù)負(fù)載的功耗泄露特征反向推測(cè)運(yùn)行負(fù)載的信息。另一方面，使用的rapl技術(shù)具有的高采樣率高精度功耗測(cè)量功能相比一般功耗監(jiān)測(cè)接口具有顯著優(yōu)勢(shì)。

技術(shù)特征：

1.一種基于rapl的粗粒度功耗負(fù)載特征分析方法，其特征在于，該方法包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于rapl的粗粒度功耗負(fù)載特征分析方法，其特征在于，建立基于ubuntu系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境的步驟中，包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于rapl的粗粒度功耗負(fù)載特征分析方法，其特征在于，基于所述實(shí)驗(yàn)環(huán)境，讀取多個(gè)負(fù)載任務(wù)的cpu功耗，以得到各個(gè)所述負(fù)載任務(wù)的功耗數(shù)據(jù)的步驟中，包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述基于rapl的粗粒度功耗負(fù)載特征分析方法，其特征在于，利用rapl計(jì)算所述負(fù)載任務(wù)產(chǎn)生的cpu功耗，以得到所述功耗數(shù)據(jù)的步驟中，包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述基于rapl的粗粒度功耗負(fù)載特征分析方法，其特征在于，所述負(fù)載任務(wù)包括：輕度負(fù)載、中度負(fù)載、高度負(fù)載和重度負(fù)載。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述基于rapl的粗粒度功耗負(fù)載特征分析方法，其特征在于，對(duì)各個(gè)所述負(fù)載任務(wù)的所述功耗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，以得到各個(gè)所述負(fù)載任務(wù)的功耗特征的步驟中，包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述基于rapl的粗粒度功耗負(fù)載特征分析方法，其特征在于，對(duì)待分析功耗數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以得到待分析功耗特征的步驟中，包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述基于rapl的粗粒度功耗負(fù)載特征分析方法，其特征在于，利用各個(gè)所述負(fù)載任務(wù)的所述功耗特征對(duì)所述待分析功耗特征進(jìn)行分析，以判斷用戶的工作狀態(tài)的步驟中，包括：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述基于rapl的粗粒度功耗負(fù)載特征分析方法，其特征在于，所述輕度負(fù)載的絕對(duì)功耗值的范圍為(0,5w]，所述中度負(fù)載的絕對(duì)功耗值的范圍為(5,20w]，所述高度負(fù)載的絕對(duì)功耗值的范圍為(20,35w]，所述重度負(fù)載的絕對(duì)功耗值大于35w。

技術(shù)總結(jié)
本申請(qǐng)屬于硬件安全技術(shù)領(lǐng)域。本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N基于RAPL的粗粒度功耗負(fù)載特征分析方法。該方法包括：在Ubuntu系統(tǒng)中使用RAPL技術(shù)監(jiān)測(cè)PKG域的功耗變化情況，在監(jiān)測(cè)過(guò)程中運(yùn)行多種不同類型的任務(wù)負(fù)載，記錄每個(gè)任務(wù)負(fù)載運(yùn)行過(guò)程中的功耗變化，根據(jù)功率變化趨勢(shì)以及變化速率等信息來(lái)分析負(fù)載的運(yùn)行狀態(tài)，得到負(fù)載的功耗泄露特征。最后使用不同任務(wù)負(fù)載的功耗泄露特征反向推測(cè)運(yùn)行負(fù)載的信息。本公開實(shí)施例使用的RAPL技術(shù)具有的高采樣率高精度功耗測(cè)量功能相比一般功耗監(jiān)測(cè)接口具有顯著優(yōu)勢(shì)。

技術(shù)研發(fā)人員：張璐,劉德鵬,慕德俊,樊曉椏,張盛兵,邰瑜
受保護(hù)的技術(shù)使用者：西北工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30