電源とパフォーマンスのチューニング

エネルギー効率はエンタープライズ環境とデータ センター環境でますます重要になり、構成オプションの組み合わせに別のトレードオフが追加されます。 サーバーを管理するときは、ワークロードのパフォーマンス ニーズを満たしながら、可能な限り効率的に実行されるようにすることが重要です。 Windows Server は、さまざまなお客様のワークロードでパフォーマンスへの影響を最小限に抑え、優れたエネルギー効率を実現するために最適化されています。 Windows Server Balanced Power Plan のプロセッサ電源管理 (PPM) チューニングでは、複数の Windows Server バージョンで既定のパラメーターをチューニングするために使用されるワークロードについて説明し、カスタマイズされたチューニングの提案を提供します。

このセクションでは、サーバーの既定の電源設定を調整する必要がある場合に、情報に基づいた意思決定を行うために役立つエネルギー効率のトレードオフについて説明します。 ただし、ほとんどのサーバー ハードウェアとワークロードでは、Windows Server の実行時に管理者の電源チューニングを必要としないでください。

チューニング メトリックの選択

サーバーを調整して省エネを実現する場合は、パフォーマンスも考慮する必要があります。 チューニングはパフォーマンスとパワーに影響し、場合によっては不釣り合いな量になります。 可能な調整ごとに、電力予算とパフォーマンスの目標を考慮して、トレードオフが許容されるかどうかを判断します。

Windows Server の既定のパラメーター チューニングでは、電力とパフォーマンスのバランスを取るために、エネルギー効率が主要なメトリックとして使用されます。 エネルギー効率は、指定された時間内に必要な平均電力に対して行われる作業の比率です。

このメトリックを使用して、電力とパフォーマンスのトレードオフを尊重する実用的な目標を設定できます。 これに対し、データ センター全体で 10% の省エネという目標は、パフォーマンスに対する対応する影響を把握できず、その逆も同様です。

同様に、サーバーを調整してパフォーマンスを 5% 向上させ、その結果エネルギー消費量が 10% 増加した場合、ビジネス目標に対して合計の結果が許容される場合もあれば、受け入れられない場合もあります。 エネルギー効率メトリックを使用すると、電力やパフォーマンスのメトリックだけで行うよりも、情報に基づいた意思決定が可能になります。

システムのエネルギー消費量の測定

エネルギー効率のためにサーバーを調整する前に、ベースラインの電力測定を確立する必要があります。

サーバーで必要なサポートがある場合は、Windows Server 2016 の電力使用状況測定と予算作成機能を使用して、パフォーマンス モニターを使用してシステム レベルのエネルギー消費量を表示できます。

サーバーが使用状況測定と予算管理をサポートしているかどうかを判断する 1 つの方法は、 Windows Server カタログを確認することです。 サーバー モデルが Windows ハードウェア認定プログラムの新しい拡張 Power Management 認定資格を受ける場合は、測定と予算作成の機能をサポートすることが保証されます。

測定のサポートを確認するもう 1 つの方法は、パフォーマンス モニターでカウンターを手動で検索することです。 パフォーマンス モニターを開き、[ カウンターの追加] を選択し、 Power Meter カウンター グループを見つけます。

電源メーターの名前付きインスタンスが[ 選択されたオブジェクトのインスタンス]というラベルのボックスに表示される場合、プラットフォームでは測定がサポートされます。 ワット単位の電力を示す パワー カウンターが、選択したカウンター グループに表示されます。 電力データ値の正確な派生が指定されていません。 たとえば、ある時間間隔での瞬時の電力消費や平均電力消費などがあります。

サーバー プラットフォームがメータリングをサポートしていない場合は、電源入力に接続されている物理メータリング デバイスを使用して、システムの電力消費量またはエネルギー消費量を測定できます。

ベースラインを確立するには、さまざまなシステム負荷ポイントで必要な平均電力を、アイドル状態から 100% (最大スループット) まで測定して負荷ラインを生成する必要があります。 次の図は、3 つのサンプル構成のロードラインを示しています。

負荷ラインを使用して、すべての負荷ポイントで構成のパフォーマンスとエネルギー消費量を評価および比較できます。 この特定の例では、最適な構成が何であるかを簡単に確認できます。 ただし、1 つの構成が負荷の高いワークロードに最適で、1 つが軽いワークロードに最適なシナリオが簡単に存在する場合があります。

最適な構成を選択するには、ワークロードの要件を十分に理解する必要があります。 適切な構成が見つかると、常に最適な状態が維持されると想定しないでください。 システム使用率とエネルギー消費量は、ワークロード、ワークロード レベル、またはサーバー ハードウェアの変更後に定期的に測定する必要があります。

エネルギー効率の問題の診断

PowerCfg.exe では、サーバーのアイドル状態のエネルギー効率を分析するために使用できるコマンドライン オプションがサポートされています。 /energy オプションを使用して PowerCfg.exe を実行すると、ツールは 60 秒のテストを実行して、潜在的なエネルギー効率の問題を検出します。 このツールは、現在のディレクトリに単純な HTML レポートを生成します。

タイマー ティック レートの短縮、電源管理のサポートが不足しているドライバー、および過剰な CPU 使用率は、 powercfg /energy コマンドによって検出される動作の問題の一部です。 このツールは、電源管理の問題を特定して修正する簡単な方法を提供し、大規模なデータセンターで大幅なコスト削減につながる可能性があります。

PowerCfg.exeの詳細については、「 Powercfg コマンド ライン オプション」を参照してください。

Windows Server での電源プランの使用

Windows Server 2016 には、さまざまなビジネス ニーズを満たすように設計された 3 つの組み込み電源プランがあります。 これらのプランは、電源またはパフォーマンスの目標を満たすようにサーバーをカスタマイズするための簡単な方法を提供します。 次の表では、プランについて説明し、各プランを使用する一般的なシナリオを示し、各プランの実装の詳細を示します。

これらの電源プランは、交流 (AC) および直流 (DC) 電源システム用の Windows に存在しますが、サーバーは常に AC 電源を使用していることを前提としています。

電源プランと電源ポリシー構成の詳細については、「 Powercfg コマンド ライン オプション」を参照してください。

チューニング プロセッサの電源管理パラメーター

各電源プランは、基になる多数の電源管理パラメーターの組み合わせを表します。 組み込みプランは、さまざまなワークロードとシナリオに対応する 3 つの推奨設定のコレクションです。 ただし、これらのプランは、すべての顧客のニーズを満たすとは言えないと認識しています。

次のセクションでは、3 つの組み込みプランで対処されない目標を達成するために、いくつかの特定のプロセッサ電源管理パラメーターを調整する方法について説明します。 より広範な電源パラメーターを理解する必要がある場合は、 Powercfg コマンド ライン オプションを参照してください。

Intel ハードウェア制御 P-状態 (HWP)

WS2016 を実行する Intel Broadwell プロセッサ以降、Windows PPM では Intel のハードウェア制御 P 状態 (HWP) が使用されます。 HWP は、協調的なハードウェアとソフトウェアのパフォーマンス制御のための新しい機能です。 HWP が有効になっている場合、CPU はアクティビティとスケーラビリティを監視し、ハードウェアの時間スケールで頻度を選択します。 OS は、アクティビティを監視し、定期的に頻度を選択する必要がなくなりました。 HWP への切り替えには、いくつかの利点があります。

• 急増するワークロードに迅速に対応します。 Windows PPM のチェック間隔は既定で 30 ミリ秒に設定され、最小で 15 ミリ秒に短縮できます。 ただし、HWP は 1 ミリ秒ごとにすばやく周波数を調整できます。
• CPU には、各 P 状態のハードウェアの電力効率に関する知識が豊富です。 最適な電力効率を実現するために、プロセッサ周波数をより適切に選択できます。
• CPU は、メモリ、GPU などの他のハードウェア使用量を考慮して、特定の TDP (サーマル デザインパワー) で最適な電力効率を実現できます。

Windows では、プロセッサが実行できる周波数の範囲を制限するために、プロセッサの最小および最大の状態を設定できます。 また、次のプロセッサ エネルギー パフォーマンス基本設定ポリシー (EPP) パラメーターを設定して、HWP を示して電力またはパフォーマンスを優先することもできます。

• 電力とパフォーマンスのバランスを設定するプロセッサ のエネルギー パフォーマンス優先ポリシー。 値を小さくするとパフォーマンスが優先され、値が大きいほど電力が優先されます。 値は 0 から 100 の間で指定できます。 電力とパフォーマンスのバランスを取る既定値 50。

次のコマンドは、現在の電源プランの EPP 値を 0 に減らして、電力よりもパフォーマンスを完全に優先します。

Powercfg -setacvalueindex scheme_current sub_processor PERFEPP 0
Powercfg -setactive scheme_current

プロセッサの最小および最大パフォーマンス状態

プロセッサは、需要に合わせてパフォーマンス状態 (P 状態) を非常に迅速に変更し、必要に応じてパフォーマンスを提供し、可能な場合はエネルギーを節約します。 サーバーに特定の高パフォーマンスまたは最小電力消費要件がある場合は、 最小プロセッサ パフォーマンス状態 パラメーターまたは 最大プロセッサ パフォーマンス状態 パラメーターを構成することを検討してください。

[最小プロセッサ パフォーマンス状態] パラメーターと [最大プロセッサ パフォーマンス状態] パラメーターの値は、プロセッサの最大周波数に対するパーセンテージで表され、値は 0 から 100 の範囲になります。

サーバーで超低待機時間、不変の CPU 周波数 (反復可能なテストなど)、または最高のパフォーマンス レベルが必要な場合は、プロセッサをパフォーマンスの低い状態に切り替える必要がない可能性があります。 このようなサーバーでは、次のコマンドを使用して、プロセッサの最小パフォーマンス状態を 100% に制限できます。

Powercfg -setacvalueindex scheme_current sub_processor PROCTHROTTLEMIN 100
Powercfg -setactive scheme_current

サーバーで必要なエネルギー消費量を減らしたい場合は、プロセッサのパフォーマンス状態を最大の割合で上限にすることが必要な場合があります。 たとえば、次のコマンドを使用して、プロセッサを最大頻度の 75% に制限できます。

Powercfg -setacvalueindex scheme_current sub_processor PROCTHROTTLEMAX 75
Powercfg -setactive scheme_current

プロセッサの応答性のオーバーライド

通常、CPU 使用率ベースの電源管理アルゴリズムでは、タイム チェック 期間内の平均 CPU 使用率を使用して、頻度を増減する必要があるかどうかを判断します。 これは、ディスク I/O またはネットワーク負荷の高いワークロードの待機時間を損なう可能性があります。 論理プロセッサは、ディスク I/O の完了またはネットワーク パケットの待機中にアイドル状態になり、全体的な CPU 使用率が低下する可能性があります。 その結果、電源管理では、このプロセッサの低周波数が選択されます。 この問題は、HWP ベースの電源管理にも存在します。 IO 完了またはネットワーク パケットを処理する DPC とスレッドはクリティカル パスにあり、低速で実行しないでください。 この問題を解決するために、Windows PPM では DPC の数が考慮されます。 過去の監視ウィンドウで DPC 数が特定のしきい値を超えると、PPM は IO 応答性期間に入り、周波数レベルを高いレベルに引き上げます。 DPC カウントがしばらくの間十分に低い場合、周波数フロアはリセットされます。 動作は、次のパラメーターで調整できます。

たとえば、サーバー ワークロードが待機時間に影響を受けず、応答性のオーバーライドを緩和して電力を優先したい場合は、プロセッサの応答性オーバーライドを有効にするしきい値を増やし、プロセッサの応答性オーバーライドの有効化時間を短縮し、プロセッサの応答性オーバーライドのしきい値を無効にし、プロセッサの応答性のオーバーライドの無効化時間を減らすことができます。 その後、システムは応答性オーバーライド状態に入りにくいでしょう。 プロセッサの応答性オーバーライドのパフォーマンス レベルの既定値は 100 に設定されているため、応答性のオーバーライド期間は最大頻度で実行されます。 また、プロセッサのパフォーマンスレベルを下げ、プロセッサの応答性を下げて、HWPが周波数を調整できるように、エネルギーパフォーマンスの優先上限をオーバーライドすることもできます。 現在アクティブな電源プランのパラメーターを設定するサンプル コマンドを次に示します。

Powercfg -setacvalueindex scheme_current sub_processor RESPENABLETHRESHOLD 100
Powercfg -setacvalueindex scheme_current sub_processor RESPDISABLETHRESHOLD 1
Powercfg -setacvalueindex scheme_current sub_processor RESPENABLETIME 10
Powercfg -setacvalueindex scheme_current sub_processor RESPDISABLETIME 1
Powercfg -setacvalueindex scheme_current sub_processor RESPPERFFLOOR 5
Powercfg -setacvalueindex scheme_current sub_processor RESPEPPCEILING 50
Powercfg -setactive scheme_current

プロセッサ パフォーマンス ブースト モード

このパラメーターのチューニングは、HWP 以外のシステムにのみ適用されます。

Intel Turbo Boost と AMD Turbo CORE テクノロジは、プロセッサが最も有用な場合 (つまり、システム負荷が高い場合) に追加のパフォーマンスを実現できるようにする機能です。 ただし、この機能により CPU コアのエネルギー消費量が増加するため、Windows Server 2016 では、使用中の電源ポリシーと特定のプロセッサ実装に基づいて Turbo テクノロジが構成されます。

Turbo は、すべての Intel および AMD プロセッサでハイ パフォーマンス電源プランに対して有効になっており、パワー セーバーの電源プランでは無効になっています。 従来の P 状態ベースの周波数管理に依存するシステムのバランス型電源プランでは、プラットフォームが EPB レジスタをサポートしている場合にのみ、Turbo が既定で有効になります。

Intel Nehalem および AMD プロセッサの場合、Turbo は P ステート ベースのプラットフォームでは既定で無効になっています。 ただし、オペレーティング システムとハードウェア (ACPI 5.0 で定義) の間のパフォーマンス通信の新しい代替モードである Collaborative Processor Performance Control (CPPC) がシステムでサポートされている場合、Windows オペレーティング システムがハードウェアに可能な限り高いパフォーマンス レベルを提供するよう動的に要求した場合、Turbo が関与する可能性があります。

Turbo Boost 機能を有効または無効にするには、プロセッサ パフォーマンス ブースト モード パラメーターを管理者または選択した電源プランの既定のパラメーター設定で構成する必要があります。 表 5 に示すように、プロセッサ パフォーマンス ブースト モードには 5 つの許容値があります。

P 状態ベースの制御では、選択肢は「無効」、「有効」(公称パフォーマンスが要求される場合はいつでも、ターボがハードウェアで使用可能)、または「効率的」(ターボは EPB レジスタが実装されている場合にのみ使用可能) です。

CPPC ベースの制御の場合、選択は無効、効率的な有効化 (Windows は提供するターボの正確な量を指定)、アグレッシブ (Windows は Turbo を有効にするために "最大パフォーマンス" を要求します) です。

Windows Server 2016 では、ブースト モードの既定値は 3 です。

次のコマンドは、現在の電源プランでプロセッサ パフォーマンス ブースト モードを有効にします (GUID エイリアスを使用してポリシーを指定します)。

Powercfg -setacvalueindex scheme_current sub_processor PERFBOOSTMODE 1
Powercfg -setactive scheme_current

現在選択されているプラン以外の電源プランにこの値を設定するには、SCHEME_CURRENTの代わりに SCHEME_MAX (省電力)、SCHEME_MIN (ハイ パフォーマンス)、SCHEME_BALANCED (バランス) などのエイリアスを使用できます。 前に示した powercfg -setactive コマンドの "スキーム電流" を目的のエイリアスに置き換えて、その電源プランを有効にします。

たとえば、パワー セーバー プランでブースト モードを調整し、そのパワー セーバーを現在のプランにするには、次のコマンドを実行します。

Powercfg -setacvalueindex scheme_max sub_processor PERFBOOSTMODE 1
Powercfg -setactive scheme_max

プロセッサのパフォーマンスの増加としきい値とポリシーの減少

このパラメーターのチューニングは、HWP 以外のシステムにのみ適用されます。

プロセッサのパフォーマンス状態が増減する速度は、複数のパラメーターによって制御されます。 次の 4 つのパラメーターが最も目に見える影響を与えます。

• プロセッサ パフォーマンスの向上しきい値 は、プロセッサのパフォーマンス状態が増加する使用率の値を定義します。 値を大きくすると、アクティビティの増加に応じてパフォーマンス状態の増加率が低下します。

• プロセッサパフォーマンス低下しきい値 は、プロセッサのパフォーマンス状態が低下する使用率値を定義します。 値が大きいほど、アイドル期間中にパフォーマンス状態が低下する速度が上がります。

• プロセッサ パフォーマンスの向上ポリシーとプロセッサパフォーマンスの低下 ポリシーは、変更が発生したときに設定する必要があるパフォーマンス状態を決定します。 "シングル" ポリシーは、次の状態を選択することを意味します。 "Rocket" は、最大または最小の電力パフォーマンス状態を意味します。 "理想的" は、電力とパフォーマンスのバランスを見つけようとします。

たとえば、アイドル期間中に低い電力のメリットを引き続き利用したいときに、サーバーで超低待機時間が必要な場合は、負荷の増加に対してパフォーマンス状態を速くし、負荷が低下したときに低下を遅くすることができます。 次のコマンドでは、状態の増加を高速化するために増加ポリシーを "Rocket" に設定し、減少ポリシーを "Single" に設定します。 増加と減少のしきい値はそれぞれ 10 と 8 に設定されます。

Powercfg.exe -setacvalueindex scheme_current sub_processor PERFINCPOL 2
Powercfg.exe -setacvalueindex scheme_current sub_processor PERFDECPOL 1
Powercfg.exe -setacvalueindex scheme_current sub_processor PERFINCTHRESHOLD 10
Powercfg.exe -setacvalueindex scheme_current sub_processor PERFDECTHRESHOLD 8
Powercfg.exe /setactive scheme_current

プロセッサ パフォーマンス コア保留最大および最小コア数

コア パーキングは、Windows Server 2008 R2 で導入された機能です。 プロセッサ電源管理 (PPM) エンジンとスケジューラは連携して、スレッドの実行に使用できるコアの数を動的に調整します。 PPM エンジンは、スケジュールされるスレッドの最小コア数を選択します。

通常、パークされているコアにはスレッドがスケジュールされておらず、割り込み、DPC、またはその他の厳密にアフィニティされた作業を処理していないと、非常に低電力状態に低下します。 残りのコアは、ワークロードの残りの部分を担当します。 コアパーキングは、使用率が低い間にエネルギー効率を向上させる可能性があります。

ほとんどのサーバーでは、既定のコア駐車動作によって、スループットとエネルギー効率の妥当なバランスが提供されます。 コア パーキングが一般的なワークロードに対してそれほど多くの利点を示さない可能性があるプロセッサでは、既定で無効にすることができます。

サーバーに特定のコア駐車要件がある場合は、Windows Server 2016 の プロセッサ パフォーマンス コア駐車の最大コア パラメーターまたは プロセッサ パフォーマンス コア駐車最小コア パラメーターを使用して、駐車できるコアの数を制御できます。

コア パーキングが常に最適であるとは限らないシナリオの 1 つは、NUMA ノード内の CPU の非自明なサブセットに関連付けられたアクティブなスレッドが 1 つ以上存在する場合です (つまり、1 つ以上の CPU が、ノード上の CPU のセット全体よりも小さい)。 コア駐車アルゴリズムがコアを選択してパークを解除する場合 (ワークロード強度の増加が発生した場合)、アクティブなアフィニティサブセット (またはサブセット) 内のコアをアンパークに選択するとは限らないため、実際には使用されないコアのパーク解除が行われる可能性があります。

これらのパラメーターの値は、0 ~ 100 の範囲のパーセンテージです。 Processor Performance Core Parking Maximum Cores パラメーターは、いつでもパーク解除 (スレッドの実行に使用できる) コアの最大割合を制御しますが、Processor Performance Core Parking Minimum Cores パラメーターは、パーク解除できるコアの最小割合を制御します。 コアパーキングをオフにするには、次のコマンドを使用して 、プロセッサパフォーマンスコア駐車最小コア パラメータを100%に設定します。

Powercfg -setacvalueindex scheme_current sub_processor CPMINCORES 100
Powercfg -setactive scheme_current

スケジュール可能なコアの数を最大数の 50% に減らすには、次のように Processor Performance Core Parking Maximum Cores パラメーターを 50 に設定します。

Powercfg -setacvalueindex scheme_current sub_processor CPMAXCORES 50
Powercfg -setactive scheme_current

プロセッサ パフォーマンス コア保留ユーティリティの割り当て

ユーティリティ配布は、一部のワークロードの電力効率を向上させるために設計された Windows Server 2016 のアルゴリズム最適化です。 移動できない CPU アクティビティ (つまり、DPC、割り込み、または厳密にアフィニティされたスレッド) を追跡し、移動可能な作業がすべての未パーク コアに均等に分散できる前提に基づいて、各プロセッサでの将来の作業を予測します。

一部のプロセッサのバランス電源プランでは、ユーティリティ配布が既定で有効になっています。 合理的に安定した状態にあるワークロードの要求された CPU 周波数を下げることで、プロセッサの電力消費量を削減できます。 ただし、ユーティリティ分散は、高いアクティビティ バーストの影響を受けるワークロードや、ワークロードがプロセッサ間で迅速かつランダムにシフトするプログラムに適したアルゴリズムの選択であるとは限りません。

このようなワークロードでは、次のコマンドを使用してユーティリティ配布を無効にすることをお勧めします。

Powercfg -setacvalueindex scheme_current sub_processor DISTRIBUTEUTIL 0
Powercfg -setactive scheme_current

その他の参照情報

• サーバー ハードウェアのパフォーマンスに関する考慮事項
• サーバー ハードウェアの電源に関する考慮事項
• Windows Server のバランスの取れた電源プランのプロセッサ電源管理 (PPM) チューニング