Monday, November 20th, 2017

Энергоэффективность Windows 7

Published on Февраль 25, 2009 by   ·   Комментариев нет

В новой статье мы продолжим разговор о фундаментальных аспектах системы, сконцентрировав свое внимание на управлении питанием. Управление питанием (или энергоэффективность) — это характеристика, которую должен иметь в виду каждый член экосистемы. Энергетическая эффективность запущенного компьютера всегда ограничивается самым слабым его компонентом. В разработке Windows 7 мы уделили особое внимание вопросам потребления энергии и продолжим эту деятельность в тесном взаимодействии с вендорами экосистемы Windows. Говоря о необходимости баланса потребностей в любой сфере, отметим, что потребление электропитания — пожалуй, наиболее наглядная область для наблюдения: при тестировании запущенных систем мы подключаем к ним ваттметры и смотрим на изменения в энергопотреблении. Автором очередной нашей статьи выступил Дин ДеВитт (Dean DeWhitt), программный менеджеры команды Kernel.
— Стивен

Энергетическая эффективность является одной из наиболее активных тем в современном компьютерном мире. Представьте что было бы, если бы производители процессоров и наборов микросхем вместо привычной тактовой частоты маркировали свою продукцию характеристикой «производительность на ватт». Возможно, что вы не раз встречались в прессе с информацией о различных промышленных консорциумах, сфокусированных на «зеленых» вычислениях, призванных сократить потребление электропитания и, как следствие, ‑ влияние на окружающую среду. Да и время работы от аккумулятора остается важнейшим параметром при выборе мобильных компьютеров. В связи с вышесказанным появился большой интерес к тому, каким образом Windows управляет электропитанием.

При разработке Windows 7 одной из наших задач наряду с реализацией необходимых пользователям функций и возможностей было сокращение энергопотребления системы по сравнению с предыдущими выпусками. В Windows и без того предусмотрено огромное количество энергосберегающих функций, среди которых возможность отключать экран монитора и автоматически переводить компьютер в режим сна, когда он бездействует. В Windows 7 мы расширили эти возможности и сконцентрировали свое внимание на снижении энергопотребления в режиме ожидания. Несмотря на то, что Windows отвечает за управление питанием многих устройств, включая процессор, жесткий диск и монитор, остальные устройства и приложения также оказывают влияние на энергопотребление системы и время работы от аккумулятора. По этой причине задача снижения энергопотребления компьютера становится общей, в которой должны принимать участие все элементы экосистемы.

Когда мы говорим об энергетической эффективности и энергопотреблении, мы делим проблемную область на три основных компонента:

  • Базовая аппаратная платформа: Процессор, набор микросхем и память, а в случае мобильных платформ еще и емкость аккумулятора. Базовая аппаратная платформа может оказывать существенное влияние на энергопотребление платформы — максимальная частота процессора, количество ядер, если процессор создавался для мобильных устройств, и количество общей системной памяти являются основными факторами.
  • Windows: ОС отвечает за управление большинством присутствующих в системе устройств и здесь часто приходится идти на компромисс между производительностью и энергопотреблением, а обеспечивается это за счет применения различных схем энергопотребления. Сложности заключаются в необходимости грамотного управления питанием устройств и обеспечении эффективности новых функций с точки зрения потребления системных ресурсов (процессорного времени, памяти и дискового пространства).
  • Расширения: расширения — это общая категория, в которую входят другие устройствами, драйвера, службы и приложения. Устройства, драйвера и другие приложения также могут оказывать серьезное влияние на общее энергопотребление системы. Одно приложение может привести к сокращению времени работы аккумулятора на 20% и более.

Работу необходимо вести по трем направлениям одновременно, поскольку проблема в любом из них может оказать значительное влияние на показатели энергопотребления. Поэтому необходимо рассматривать энергетическую эффективность в комплексе, уделяя должное внимание каждому компоненту.

Базовая аппаратная платформа
Базовая аппаратная платформа диктуется самим производителем систем. Пользователю при покупке доступен исчерпывающий выбор систем — от экономичных с низким энергопотреблением до прожорливых. Настольные и мобильные компьютеры сегодня выпускаются в огромном количестве форм-факторов, с разными возможностями и разными уровнями энергопотребления. В некоторых мобильных компьютерах используются аккумуляторы с 3 или 6 ячейками, в других же могут использоваться аккумуляторы с 9 ячейками или внешние. Задача Windows — быть энергетически эффективной в широком диапазоне аппаратного обеспечения экосистемы Windows. Давай посмотрим, на что расходуется электроэнергия в современном ноутбуке:

Энергоэффективность компьютеров

В настольных компьютерах имеет место схожее распределение потребления, хотя абсолютные значения, конечно, выше. Монитор является одним из основных потребителей питания и в настольных системах.

Операционная система
Сама ОС Windows может оказывать такое же большое влияние на общее энергопотребление системы, как и любой другой компонент платформы. При разработке Windows 7 мы поставили перед собой задачу обеспечить надежную основу и широкие возможности энергосбережения в ОС, начав с настройки политик энергопотребления.

Большинство пользователей осуществляют настройку энергопотребления Windows через элемент панели управления Power Options, а на мобильных компьютерах через иконку аккумулятора в области уведомлений. Поскольку Windows позволяет управление питанием, в ней предусмотрены схемы энергопотребления, которые позволяют быстро перейти от одних настроек к другим в зависимости от нужд пользователя.
С помощью схем энергопотребления можно управлять различными энергосберегающими функциями, присутствующими в Windows, включая таймеры простоя для отключения монитора, автоматического перехода в спящий режим, да и никто не мешает вам создать собственную схему. Функции отключения монитора и самого компьютера крайне важны с точки зрения энергосбережения и времени работы от аккумулятора. Как показано выше, энергопотребление монитора может составлять до 40% общего энергопотребления типичного мобильного компьютера и от 30 до более чем 100 Вт у настольного.

OEM-производители, а особенно производители мобильных компьютеров, часто самостоятельно предусматривают набор схем энергопотребления с целью подчеркнуть сильные стороны той или иной модели компьютера. Поэтому если вы увидите схему с названием производителя вашего компьютера, не пугайтесь — это заслуга производителя компьютера, уделяющего должное внимание вопросам энергетической эффективности.

Простейшим способом сэкономить на энергопотреблении настольного компьютера является сокращение времени отключения монитора в режиме простоя до 2 ‑ 5 минут. Если у вас задействован скринсейвер, отключите его. На мобильном компьютере наиболее простым способом увеличить время работы аккумулятора является снижение яркости дисплея. Также стоит отметить, что большинство существующих комплексных решений (all-in-one) используют компоненты, предназначенные для ноутбуков, поэтому с точки зрения энергопотребления они больше напоминают мобильные компьютеры.

Windows умеет управлять производительностью процессора и динамически меняет ее в зависимости от текущей нагрузки. Сделано это, чтобы обеспечить необходимый прирост производительности, когда необходимо, а в основное время работы сэкономить на энергопотреблении. Так, к примеру, система практически бездействует, когда я печатаю очередную публикацию в блоге, поэтому нет смысла в том, чтобы использовать процессор на его максимальной частоте. Вместо этого разумнее сократить напряжение и частоту процессора с целью снизить его энергопотребление. То же самое касается жесткого диска и ряда иных устройств.

В Windows 7 мы упростили взаимодействие пользователей и системы управления питанием, а также сконцентрировали свое внимание на снижении энергопотребления в режиме простоя и добавили поддержку новых режимов работы устройств.

Есть две причины, по которым следует оптимизировать энергопотребление системы при ее простое. Во-первых, очень часто днем компьютер бездействует в течение продолжительных промежутков времени, а чем больше времени он бездействует, тем меньше электроэнергии расходуется. Во-вторых, энергопотребление в режиме простоя является базовым потреблением для всех остальных режимов работы. Система, потребляющая 15 Вт в режиме простоя, при нагрузке будет потреблять дополнительную энергию, суммирующуюся с базовой. Сокращая энергопотребление в режиме простоя, мы снижаем энергопотребление в любом ином сценарии работы.

Первым шагом в сокращении энергопотребления в режиме простоя является оптимизация использования процессора, памяти и диска. Сокращение использования процессора, пожалуй, является самой важной задачей, поскольку у процессора довольно широкий диапазон энергопотребления. При полном простое процессору требуется около 100-300 мВт. А при полной загрузке один только процессор может потреблять до 35 Вт. Такой широкий диапазон означает, что даже невысокая активность процессора может оказать существенное влияние на общее энергопотребление системы и время работы от аккумулятора. В Windows 7 мы внесли несколько изменений, которые призваны сократить использование процессора и позволить ему дольше находится в режиме пониженного энергопотребления. Изменения коснулись и запущенных служб: теперь службы помечены триггерами и включаются только тогда, когда они необходимы. И несмотря на то, что службы сами по себе эффективны и имеют минимальное влияние на энергопотребление, так можно добиться дополнительного эффекта. Мы работаем над поиском более интеллектуальных способов управления этими службами, чтобы они были доступны не только в Windows, но и ими мог бы воспользоваться любой, кто создает службы для инфраструктуры Windows. Также следует понимать, что это положительно сказывается и на времени загрузки.

Чтобы снизить энергопотребление при простое системы еще больше, мы сконцентрировали свое внимание на оптимизации базового управления питанием процессора. Windows управляет производительностью процессора в зависимости от текущей нагрузки и увеличивает ее исключительно тогда, когда это действительно необходимо.

Мы также внесли ряд изменений в управление питанием различных устройств, включая USB-устройства, чтобы реализовать выборочное отключение (по технологии Selective Suspend) широкого диапазона аудио-устройств, биометрических устройств, сканнеров и смарт-кард. Изменения коснулись и энергопотребления сетевых устройств — и проводных, и беспроводных. Эти изменения в Windows 7 позволят создавать более экономичные устройства.

И хотя большинство внесенных изменений сконцентрированы на сокращении энергопотребления в нескольких ключевых сценариях, в Windows 7 особое внимание уделено некоторым пользовательским сценариям, в которых необходимо увеличить время работы от аккумулятора. Одним из таких сценариев является воспроизведение видео. Оптимизации, внесенные в воспроизведение DVD, приводят к сокращению нагрузки на процессор и графическую плату. Все эти изменения дали свои плоды и ощутимо увеличили время работы от аккумулятора на многих мобильных платформах, которые мы продемонстрировали в ходе конференции WinHEC.

Расширения
Графические устройства, USB-устройства, принтеры, фоновые службы и все установленные приложения являются расширениями к Windows. Значительно сократить энергопотребление можно путем увеличения эффективности расширений.

Рассмотрим, например, некое USB-устройство, которое не поддерживает технологию Selective Suspend. Устройство (к примеру, сканер отпечатков пальцев) само по себе может иметь низкое энергопотребление, но до того момента, как оно войдет в режим ожидания, процессор вместе с набором микросхем должны опрашивать устройство на низкой частоте, чтобы понять, поступили ли новые данные. Такого рода опросы мешают процессору входить в режим низкого энергопотребления и, как результат, сокращают время работы от аккумулятора примерно на 20-25%.

Устройства — это не единственная область, в которой требуются дополнительные усилия, чтобы обеспечить экономный расход электроэнергии. Приложения и службы также могут оказывать существенное влияние на общее энергопотребление системы. Возьмем, к примеру, приложение, которое увеличивает временное разрешение платформы с помощью timeBeginPeriod API. В таком случае процессор не сможет эффективно использовать режимы пониженного энергопотребления. В нашей практике встречались приложения, в которых разрешение было увеличено до 1 мс, при этом время работы от аккумулятора типичного ноутбука снижалось до 10%.

Мы стараемся помочь увеличить энергетическую эффективность расширений к Windows путем взаимодействия с нашими партнерами. Мы обеспечиваем их мощными инструментами для выявления проблем, связанных с энергопотреблением, в приложениях и устройствах. В Windows 7 мы добавили специальную утилиту, которая генерирует HTML-отчет о проблемах в энергопотреблении. Если хотите оценить ее в деле, то запустите консоль от лица администратора и введите команду powercfg /energy. Перед этим необходимо закрывать все запущенные приложения и открытые документы — утилита призвана отыскивать проблемы питания исключительно в режиме простоя. Команда powercfg с параметром /energy может помочь вам отыскать USB-устройства, которые не поддерживают Selective Suspend, и приложения, увеличивающие временное разрешение платформы.

Для более глубокого анализа предусмотрен Windows Performance Toolkit http://www.microsoft.com/whdc/system/sysperf/perftools.mspx, который позволяет разработчикам оценивать потребление ресурсов разрабатываемых приложений, избавляться от узких мест и идентифицировать проблемы, влияющие на энергоэффективность системы.

А что насчет выключения компьютера?
До сего момента мы говорили о том, как сэкономить электроэнергию тогда, когда компьютер включен. Но экономии можно добиться и с помощью перевода компьютера, когда он простаивает, в режим пониженного энергопотребления. Многие пользователи попросту отключают компьютер, когда он не нужен, другие же предпочитают переводить его в спящий режим и реже — в режим гибернации. В Windows присутствуют все режимы, поэтому в зависимости от того, как вы используете свою систему, вы можете выбрать подходящий режим:

  • Сон: Все открытые приложения, документы и файлы хранятся в системной памяти, а остальные элементы системы отключены. В связи с тем, что питание подается только на память, в спящем режиме потребляется очень мало электроэнергии — как правило, менее 1 Вт и менее 3 Вт на мобильных и настольных компьютерах соответственно. Главным преимуществом спящего режима является минимальное время готовности к работе — большинство систем выходят из режима сна за менее, чем 2 секунды.
    Гибернация: Все открытые приложения, документы и файлы копируются из оперативной памяти на жесткий диск в файл гибернации. После того, как содержимое оперативной памяти скопировано в него, компьютер выключается. Гибернация в большинстве случаев используется на мобильных компьютерах, поскольку потребление электропитания в этом режиме на большинстве компьютер составляет менее 0.1 Вт. Даже если аккумулятор полностью разрядится, вся информация будет с легкостью восстановлена с жесткого диска. В связи с тем, что объемы системной памяти постоянно растут, а в некоторых компьютерах дисковое пространство ограничено, режим гибернации вряд ли сможет претендовать на роль идеального решения. (Кстати говоря, запустив утилиту Disk Cleanup или введя в консоли команду powercfg -hibernate off, вы можете освободить пространство на диске, предусмотренное для файла гибернации).
  • Выключение: Это обычный режим выключения Windows, при котором ничего не сохраняется в память или на диск, а при следующем включении система вновь загружается с нуля.

Используя обычный настольный компьютер, мы выполняли измерение его энергопотребления в режимах сна, гибернации, выключении и в обычном рабочем состоянии, когда был открыт рабочий стол и не выполнялось ни одной программы. Мы также измеряли латентность восстановления — интервал времени, необходимый системе для возврата в рабочее состояние.

Энергоэффективность microsoft Windows

График отчетливо показывает, почему мы сфокусировали свое внимание на надежности и производительность режима сна и почему рекомендуем использовать именно его, когда компьютер простаивает без дела. В режима сна потребляется практически столько же питания, сколько при выключении, но на восстановление из этого режима требуется менее 2 секунд. Можно видеть, что на этапе загрузки происходит потребление достаточно большого количества энергии, поэтому при выборе, выключать компьютер или перевести его в режим пониженного энергопотребления, подумайте о том, как долго он будет бездействовать. В любом случае, как мы уже говорили в предыдущих статьях блога, загрузка и выключение являются при разработке Windows 7 чрезвычайно важными сценариями, которым уделено особое внимание.

Дальнейшие шаги
Перед нами стоит задача постоянного улучшения энергоэффективности компьютеров под управлением Windows, и в Windows 7 были внесены существенные изменения в платформу управления энергопотреблением. Тем не менее, впереди нас ждет немало работы. От бета-тестирования мы ожидаем получить важные данные телеметрии, которые позволят всесторонне оценить энергоэффективность и систему управления питанием разрабатываемой нами ОС. И, конечно же, мы продолжим тесное взаимодействие с другими представителями экосистемы, поскольку работаем над обеспечением максимальной энергетической эффективности на разных этапах жизни компьютеров — с момента их изготовления и на протяжении всего периода эксплуатации.

Дин ДеВитт (Dean DeWhitt),
программный менеджер команды Kernel

Источник: http://blogs.msdn.com/e7ru











Смотрите также:

Tags:

Readers Comments (Комментариев нет)




Да человек я, человек! =)

Exchange 2007

Проведение мониторинга Exchange 2007 с помощью диспетчера System Center Operations Manager 2007 (часть 3)

Если вы хотите прочитать предыдущие части этой серии статей, перейдите по ссылкам: Проведение мониторинга Exchange 2007 с помощью диспетчера System ... [+]

Практическое рассмотрение перехода с Exchange 2003 на Exchange 2007 (часть 1)

Введение В этой статье из нескольких частей я хочу показать вам процесс, который недавно использовал для перехода с существующей среды Exchange 2003 ... [+]

Использование инструмента Exchange Server Remote Connectivity Analyzer Tool (часть 2)

Если вы пропустили первую часть этой серии, пожалуйста, прочтите ее по ссылке Использование инструмента Exchange Server Remote Connectivity Analyzer Tool (Часть ... [+]

Мониторинг Exchange 2007 с помощью диспетчера System Center Operations Manager 2007 (часть 2)

Если вы пропустили предыдущую часть этой серии статей, перейдите по ссылке Мониторинг Exchange 2007 с помощью диспетчера System Center Operations ... [+]

Подробное рассмотрение подготовки Active Directory для Exchange 2007 (часть 5)

Если вы пропустили предыдущие части этой серии статей, перейдите по ссылкам: Подробное рассмотрение подготовки Active Directory для Exchange 2007 (часть 1) ... [+]

Установка и настройка Exchange 2007 из командной строки (Часть 3)

If you missed the previous parts in this article series please read: Exchange 2007 Install and Configuration from the command line (Part ... [+]

Использование инструмента Exchange Server Remote Connectivity Analyzer Tool (часть 1)

Инструмент ExRCA Текущий выпуск инструмента предоставляется только в целях тестирования и оснащен 5 опциями: Тест подключения Outlook 2007 Autodiscover Тест подключения Outlook 2003 RPC ... [+]

Развертывание сервера Exchange 2007 Edge Transport (часть 5)

Если вы хотите прочитать предыдущие части этой серии статей, перейдите по ссылкам: Развертывание сервера Exchange 2007 Edge Transport (часть 1) Развертывание ... [+]

Установка и настройка Exchange 2007 из командной строки (часть 2)

Если вы пропустили первую статью данного цикла, пожалуйста, перейдите по ссылке: Exchange 2007 Install and Configuration from the command line (Part ... [+]

Использование интегрированных сценариев Using Exchange Server 2007 – часть 2: генерирование отчетов агента Transport AntiSpam Agent

Если вы пропустили предыдущую часть этой серии статей, перейдите по ссылке Использование интегрированных сценариев Using Exchange Server 2007 – часть ... [+]