论文摘要：应用程序能耗测量与估算研究

在过去的几年里，集群的能源消耗指标已变得日益重要，尤其是近年来云计算的崛起，使计算服务向普适化方向发展，用户规模急剧扩大，从而造成了惊人的能源浪费。绿色计算及绿色应用引起了更多的关注。我们相信，在不久的将来，能耗将作为云计算服务的收费标准，用户需要为他们的应用程序所消耗的能耗付费，而目前面向能耗编程并未引起太大关注。在程序开发阶段，存在应用程序能耗优化的可能性，这些可能性在目前还没有完全被应用程序设计开发者利用，并且没有工具的辅助，开发人员很难衡量应用程序所消耗的能耗。

本文通过提出的硬件部件级能耗模型，允许开发人员估算应用程序在关键部件所消耗的能耗，并且将这些能耗细化到程序代码段，即函数模块在部件上所占用的总体能耗。这与基于硬件的测量不同，此功耗估算模型基于系统硬件事件，能很好的展示功耗随时间的变化轨迹，并具有一定的平台可移植性。面向能耗编程系统将功率数据与应用程序的调用关系图可视化展示，利用开发的Eclipse插件，显示程序实时动态功耗时序图以及程序运行结束后的函数调用图。实验结果表明，能耗模型属轻量级并易于使用。本论文开展的主要研究工作和主要贡献包括以下几部分：

(1) 确定硬件层能耗测量辅助软件层能耗估算的总体方案：通过总结当前能耗分析相关技术，对比各个研究层次技术的优劣，最终决定，硬件层面采用外接传感器测量硬件能耗，软件层面采用建立基于性能事件的能耗模型进行能耗估算，将硬件层测量作为软件层估算的前期支撑和后期对比验证；

(2) 搭建硬件能耗测量平台：通过研究ATX电源与计算机各部件的联系，外接传感器等设备，搭建硬件能耗测量平台，获取高精度、细粒度的运行时计算机各部件能耗；

(3) 建立部件级能耗估算模型，并将能耗细化到程序代码块：立足于实时性和可移植性，从硬件事件产生的触发条件入手，通过严格的事件与能耗“滴入式”理论分析，提出针对处理器及内存的能耗估算模型，并利用插桩等技术细化能耗到程序代码块；

(4) 完成面向能耗编程系统的设计与实现：在实际Linux操作系统中，通过系统调用内核接口实现以进程为单位的能耗估算模块，通过插桩及编译等技术获取应用程序代码段能耗，完成基于能耗编程的低开销可移植的能耗监测平台。