Una nueva métrica para evaluar la eficiència energética de los servidores

La tesis doctoral de Belén Bermejo contribuye a mejorar la gestión del consumo de energía en los centros de datos 

Las tecnologías de la información y la comunicación (TIC) suponen el 7% de las emisiones de gases de efecto invernadero a la atmosfera, con una previsión de crecimiento insostenible en los próximos años. Uno de los grandes responsables a estas emisiones son los centros de datos, los cuales son más demandados día tras día por los usuarios que acceden a los servicios a través de Internet. Para mitigar este efecto, el marco de las tecnologías de la información verdes o Green IT provee de un conjunto de técnicas para minimizar el consumo de energía por parte de los centros de datos. De entre estas técnicas, la consolidación de servidores a través de la virtualización es una de las más utilizadas. Ésta en basa en agrupar el máximo de usuarios (o carga) posible en el número mínimo de servidores que conforman el centro de datos. A medida que se va consolidando la carga en los servidores físicos, la cantidad de carga a ejecutar por cada uno de ellos aumenta. A su vez, más servidores físicos pueden ser apagados, por lo que se produce un ahorro en el consumo de potencia del centro de datos. Por otra parte, el hecho de incrementar la carga por servidor físico provoca una degradación del rendimiento. Por lo tanto, hay un doble juego entre la reducción del consumo de potencia y la degradación del rendimiento de los servidores. No siempre el hecho de consolidar más va a ser mejor, ya que la degradación del rendimiento se ve afectada, y no compensará al ahorro de energía, debido al aumento del tiempo de respuesta de los servidores a los usuarios.

Existe un conjunto de métricas relacionadas con el balance entre el rendimiento y la energía consumida en servidores y centros de datos. Sin embargo, ninguna de ellas refleja la consolidación de servidores, es decir, no existe ninguna métrica que pueda expresar dicho equilibrio en función del número de servidores consolidados.

Precisamente, la contribución principal de la tesis doctoral de Belén Bermejo González, defendida en la Universidad de las Illes Balears, es una nueva métrica, llamada CiS2, la cual mide el balance entre la degradación del rendimiento y el consumo energético de la consolidación de servidores. Esta métrica permite a los administradores de sistemas conocer el rendimiento y la eficiencia energética de una determinada configuración de servidores virtuales a través de su simple representación gráfica. Además, la métrica permite realizar comparaciones entre diferentes servidores físicos y servidores consolidados, para así determinar la opción más adecuada. También, tal y como se demuestra a través de la experimentación, el CiS2 puede ser aplicado, a diferentes tipos de cargas de CPU bajo cualquier porcentaje de utilización. Asimismo, se revela que el  CiS2 puede ser estudiado en cualquier tipo de servidor y cualquier hipervisor, y que sus valores dependen del tipo de consolidación, la carga ejecutada y el grado consolidación. De esta forma, un administrador de sistemas puede conocer la eficiencia de cualquiera de la infraestructura de la que disponga.

Por otra parte, las observaciones realizadas de los valores del CiS2 llevan a plantear la segunda contribución de esta tesis, la cual se centra en la sobrecarga (overhead) producida por la consolidación de servidores. Además, se propone una metodología general para determinar estos valores aplicables a cualquier tipo de servidor, hipervisor y carga ejecutada. De esta forma, los administradores de sistemas pueden conocer de forma más detallada el origen de la eficiencia de sus sistemas y poder llevar a cabo acciones al respecto, como, un cambio de hipervisor.

En definitiva, la realización de esta tesis doctoral contribuye en una mejora de la gestión de la eficiencia energética en los centros de datos a través de la métrica CiS2. También, todas las mejoras en la gestión del consumo energético en los centros de datos contribuyen a una reducción en los niveles de emisiones de CO2 a la atmósfera, siendo uno de los objetivos que tiene nuestra sociedad.

Ficha de la tesis doctoral

  • Doctoranda: Belén Bermejo González
  • Título: Performance and energy consumption trade-off in server consolidation
  • Director: Dr. Carlos Juiz García
  • Programa de doctorado en Tecnologías de la Información y las Comunicaciones

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Fecha del evento: 30/11/2020

Fecha de publicación: 30/11/2020