palais des

congrès

Paris

7, 8 et 9

février 2012

Bernard OurghanlianDirecteur Technique et SécuritéMicrosoft France

Comment passer au vert

? De la gestion de l’énergie au sein de

Windows

Code Session : GRE203

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

Sommaire

Introduction

1

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

La situation telle qu’elle est (bien

souvent…)

Savez-vous qu’il faut une moyenne de 438 Kg de charbon

pour alimenter un ordinateur par an ?

Pour se faire peur…

Faronics.com

“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.”

Le bureau moyen…

www.ddsw.co.uk

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

ils sont inactifs

Quelle est la solution ?

Exemple de développement du

hardware : Intel

2

Mode Turbo avant la

microarchitecture Intel® Core™

(Nehalem)

Fré

qu

en

ce

(F

)

Pas de Turbo

Fré

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ce

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)

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0

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1

Horloge arrêtée

Réduction de l’énergie dans les cœurs inactifs

Travail peu chargé en thread

Mode Turbo avant la

microarchitecture Intel® Core™

(Nehalem)C

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ur

1

Fré

qu

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ce

(F

)

Pas de Turbo

Fre

qu

en

cy (

F)

Mode Turbo

En réponse à la charge ajoute des incréments de

performance dans l’espace libre

Cœ

ur

0

Horloge arrêtée

Réduction de l’énergie dans les cœurs inactifs

Travail peu chargé en thread

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

Microarchitecture Mode Turbo

Intel® Core™ (Nehalem)

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

Qu’est-ce que le standard ACPI

?

Gestion de l’énergie par l’OS

Hardware : CPU, BIOS etc.

Drivers logicielsACPI

Applications

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

L’état global du système 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

Les états d’énergie ACPI

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

Etat ralenti basse énergie

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 parcoursdes 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

C-State au sein du processeur Intel Core

i7

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

Technologies Deep Power Down

(DPD)

www.hardwaresecrets.com

Les changements du BIOS

Exemple: Politique énergétique de l’état du processeur

Réduire la fréquence si la performance le permet

L’OS peut économiser de l’énergie

avec les processeurs modernes Intel /

AMD

Etat Freq % Type0 2800 100 Performance1 2520 90 Performance2 2142 85 Performance3 1607 75 Performance4 964 60 Performance5 482 50 Performance

Etat minimum du processeurEtat minimum du processeur

http://www.amd.com

On peut « voir » les états avec

Perfmon

Etat minimum du processeur

Etat maximum du

processeur

Besoins en performance

Exemple de développement du

logiciel : Microsoft

3

Gestion de l’énergie de Windows

Plateforme de base

Détection à grain fin de l’inactivité

Réglage des politiques de gestion de l’énergie du processeur et mise à jour des politiques par défaut

Distribution intelligente des Timer Ticks

Core Parking

Réducation Idle ActivityReduction for Hyper-V

Périphériques

Brillance adaptative de l’affichage

Gestion de l’énergie HD Audio

Support du Bluetooth Sniff Mode

Wired LAN D3 on Disconnect (diminution de l’énergie en déconnexion)

Notification asynchrone AHCI (Advanced Host Controller Interface)

Activité d’arrière-plan

Démarrage des services sur déclencheur

Ordonnanceur de tâches

Migration des tâches d’arrière plan vers l’ordonnanceur

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

Comment Windows gère

l’énergie

Gestion du système Gestion des périphériques

Maintenance du système

Windows Service Control Manager (SCM)

Windows Task Scheduler

La base de registre de Windows

La voie vers l’efficacité

énergétiqueRalentir et rester au ralenti… 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)

+10 % CPU = +1.25 W

+1,25 W = -8.3 %

batterie-

5.00 10.00 15.00 20.00 25.00

30.00 35.00 40.00

0 50 100

Energ

ie t

ota

le d

u s

yst

èm

e

(Watt

s)

Utilisation CPU (%)

Energie électrique vs. utilisation CPU (Idle)

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 timerspour aligner les périodes sur des fréquences naturelles

Timer tick15,6 ms

Evénements de timerpériodiques

Windows 7

Vista

Distribution intelligente des Timer

TicksAvant, l’interruption du primary timer sur le PL 0 propageait le 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 runtimesprocessus 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 énergétiqueRéduction 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

Windows* Vista SP1Windows* 7 Build AWindows* 7 Build B

Plus on est à droite, mieux c’est

Analyse : Longueur des intervalles d’inactivité

%id

leti

me

(mo

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par

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ur)

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

Socket 0

Coeur 0

Coeur 1

Core 0

Core 1

Socket 1

Core 1

Core 0

Coeur 0

Coeur 1

Charge

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 UnifiedBackground ProcessManager

Les tâches peuvent être dans les états : Ready - Running – Queued

– Disabled

Le Task Scheduler Windows

Unified Background

Process

Manager (UBPM)L’infrastructure UBPM unifie les mécanismes pour le démarrage et l’arrêt des processus fondés sur des événements Implémenté au sein du Service Control Manager afin d’éviter la

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)

Service Control Manager (SCM)

Déclencheur connexion

périphérique

Déclencheur adresse IP

Déclencheur domaine

Déclencheur Group Policy (GP)

Déclencheur personnalisé

Service 1

Souscrit pour démarrer sur un déclencheur de

connexion de périphérique

Service 2

Souscrit pour démarrer sur un

déclencheur « Domain join »

s’arrêter sur « Domain disjoin » et

démarrer sur un déclencheur GP

Services déclenchésAvant, 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

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)

Gérer ACPI avec Windows 7 / 2008

R2Déclencher la lancement de Services

Politiques énergétiques

WindowsName GUID DescriptionDefault (Balanced)

AC DC

Unattended sleep timeout

7bc4a2f9-d8fc-4469-b07b-33eb785aaca0

Determines the amount of inactivity time before the system automatically sleeps if the computer resumed without a user present

2 minutes 2 minutes

System cooling policy

94d3a615-a899-4ac5-ae2b-e4d8f634367f

Determines if Active or Passive cooling should be favored for thermal zones

Active Active

Reserve battery level

f3c5027d-cd16-4930-aa6b-90db844a8f00

Configures the percentage of battery capacity remaining before displaying the reserve battery warning

n/a 7%

AHCI link power mode

0b2d69d7-a2a1-449c-9680-f91c70521c60

Configures AHCI link power modes (HIPM, DIPM) and link power states (Partial, Slumber, Active)

HIPM, PartialHIPM,

Slumber

Allow System Required Policy

a4b195f5-8225-47d8-8012-9d41369786e2

Enable applications to prevent the system from idling to sleep

Enabled Enabled

Dim Display After17aaa29b-8b43-4b94-aafe-35f64daaf1ee

Determines the amount of inactivity time before the system automatically reduces the brightness of the display on a mobile PC

5 minutes 2 minutes

Power saver (Max power saving) SET _Max_Power=A1841308-3541-4FAB-BC81-F71556F20B4ABalanced (Typical) SET _Med_Power=381B4222-F694-41F0-9685-FF5BB260DF2EHigh performance (Min power saving) SET _Min_Power=8C5E7FDA-E8BF-4A96-9A85-A6E23A8C635C

ExamplesPowercfg -getactiveschemePowercfg -devicequery wake_armedPowercfg -h onPowercfg -Change -monitor-timeout-ac 20Powercfg -Change -disk-timeout-ac 30Powercfg -deviceEnableWake "Microsoft USB IntelliMouse Explorer"

SET _Max_Power=A1841308-3541-4FAB-BC81-F71556F20B4APowercfg -SETACTIVE %_Max_Power%

SET _Custom_Power=B1234567-SS64-SS64-SS64-F00000111AAAPowercfg -DUPLICATESCHEME %_Max_Power% %_Custom_Power%Powercfg -CHANGENAME %_Custom_Power% "Custom1"Powercfg -SETACTIVE %_Custom_Power%

Gérer les plans énergétiques avec les Group

Policies

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’eventtracing pour la gestion de l’énergie et les services associés

Diagnostics d’efficacité énergétique

Windows

La gestion de l’énergie en

entreprise SCCM 2007 R3

4

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

Gestion du cycle de vie de

l’énergie

Enforcement

Enforcement

Rapports standards

Après la mise en applicationAvant la mise en application

Rapports standards : Activité

de l’ordinateurOrdinateur allumé Ecran allumé Utilisateur actif

Utilisation du tableau de bord ConfigMgr

: Rapport de consommation

MERCI !

Microsoft France39, quai du président Roosevelt

92130 Issy-Les-Moulineaux

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