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Type: TESE
Degree Level: Doutorado
Title: Modeling, characterization, and optimization of web server power in data centers = Modelagem, caracterização e otimização de potência em centro de dados
Title Alternative: Modelagem, caracterização e otimização de potência em centro de dados
Author: Piga, Leonardo de Paula Rosa, 1985-
Advisor: Rigo, Sandro, 1975-
Abstract: Resumo: Para acompanhar uma demanda crescente pelos recursos computacionais, empresas de TI precisaram construir instalações que comportam centenas de milhares de computadores chamadas centro de dados. Este ambiente é altamente dependente de energia elétrica, um recurso que é cada vez mais caro e escasso. Neste contexto, esta tese apresenta uma abordagem para otimizar potência e desempenho em centro de dados Web. Para isto, apresentamos uma infraestrutura para medir a potência dissipada por computadores de prateleiras, desenvolvemos modelos empíricos que estimam a potência de servidores Web e, por fim, implementamos uma de nossas heurísticas de otimização de potência global em um aglomerado de nós de processamento chamado AMD SeaMicro SM15k. A infraestrutura de medição de potência é composta por: uma placa personalizada, que é capaz de medir potência e é instalada em computadores de prateleira; um conversor de dados analógico/digital que amostra os valores de potência; e um software controlador. Mostramos uma nova metodologia para o desenvolvimento de modelos de potência para servidores Web que diminuem a quantidade de parâmetros dos modelos e reduzem as relações não lineares entre medidas de desempenho e potência do sistema. Avaliamos a nossa metodologia em dois servidores Web, um constituído por um processador AMD Opteron e outro por processador Intel i7. Nossos melhores modelos tem erro médio absoluto de 1,92% e noventa percentil para o erro absoluto de 2,66% para o sistema com processador Intel i7. O erro médio para o sistema composto pelo processador AMD Opteron é de 1,46% e o noventa percentil para o erro absoluto é igual a 2,08%. A implantação do sistema de otimização de potência global foi feita em um aglomerado de nós de processamento SeaMicro SM15k. A implementação se baseia no conceito de Virtual Power States, uma combinação de taxa de utilização de CPU com os estados de potência P e C disponíveis em processadores modernos, e no nosso algoritmo de otimização chamado Slack Recovery. Propomos e implementamos também um novo mecanismo capaz de controlar a utilização da CPU. Nossos resultados experimentais mostram que o nosso sistema de otimização pode reduzir o consumo de potência em até 16% quando comparado com o governador de potência do Linux chamado performance e em até 6,7% quando comparado com outro governador de potência do Linux chamado ondemand

Abstract: To keep up with an increasing demand for computational resources, IT companies need to build facilities that host hundreds of thousands of computers, the data centers. This environment is highly dependent on electrical energy, a resource that is becoming expensive and limited. In this context, this thesis develops a global data center-level power and performance optimization approach for Web Server data centers. It presents a power measurement framework for commodity servers, develops empirical models for estimating the power consumed by Web servers, and implements one of the global power optimization heuristics on a state-of-the-art, high-density SeaMicro SM15k cluster by AMD. The power measuring framework is composed of a custom made board, which is able to capture the power consumption; a data acquisition device that samples the measured values; and a piece of software that manages the framework. We show a novel method for developing full system Web server power models that prunes model parameters and reduces non-linear relationships among performance measurements and system power. The Web server power models use as parameters performance indicators read from the machine internal performance counters. We evaluate our approach on an AMD Opteron-based Web server and on an Intel i7-based Web server. Our best model displays an average absolute error of 1.92% for the Intel i7 server and 1.46% for AMD Opteron as compared to actual measurements, and 90th percentile for the absolute percent error equals to 2.66% for Intel i7 and 2.08% for AMD Opteron. We deploy the global power management system in a state-of-the-art SeaMicro SM15k cluster. The implementation relies on the concept of Virtual Power States, a combination of CPU utilization rate to the P/C power states available in modern processors, and on our global optimization algorithm called Slack Recovery. We also propose and implement a novel mechanism to control utilization rates in each server, a key aspect of our power/performance optimization system. Experimental results show that our Slack Recovery-based system can reduce up to 16% of the power consumption when compared to the Linux performance governor and 6.7% when compared to the Linux ondemand governor
Subject: Arquitetura de computador
Centros de processamento de dados
Macromodelagem de potência
World Wide Web (Sistema de recuperação da informação) - Servidores
Energia elétrica - Conservação
Language: Inglês
Editor: [s.n.]
Citation: PIGA, Leonardo de Paula Rosa. Modeling, characterization, and optimization of web server power in data centers = Modelagem, caracterização e otimização de potência em centro de dados. 2013. 72 f. Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Computação, Campinas, SP. Disponível em: <http://www.repositorio.unicamp.br/handle/REPOSIP/275608>. Acesso em: 23 ago. 2018.
Date Issue: 2013
Appears in Collections:IC - Tese e Dissertação

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