Les chercheurs de la Cheriton School of Computer Science de l’Université de Waterloo au Canada ont révélé que la modification de seulement 30 lignes de code dans le noyau Linux pourrait réduire la consommation d’énergie du centre de données de 30% à 45%.
Linux domine les centres de données, où la consommation d’énergie est une préoccupation croissante. Un noyau Linux plus efficace pourrait également réduire les coûts d’exploitation pour les institutions de recherche reposant sur des serveurs à propulsion Linux.
Les chercheurs ont présenté leurs résultats chez ACM Sigmetrics 2024, soulignant la nécessité d’une modification du noyau et introduisant une optimisation conçue pour prendre en charge une salle de serveurs durable dans le prochain bâtiment Mathematics 4 de Waterloo.
«Nous n’avons rien ajouté. Nous avons juste réorganisé ce qui est fait lorsque, ce qui conduit à une bien meilleure utilisation des caches du CPU du centre de données. C’est un peu comme réorganiser le pipeline dans une usine de fabrication afin de ne pas avoir de gens qui courent tout le temps », a déclaré Martin Karsten, professeur et directeur associé à Waterloo.
La tweak du noyau Linux améliore l’efficacité du centre de données
Karsten a expliqué que la solution proposée réorganise les opérations au sein de la pile de réseautage Linux, améliorant l’efficacité et les performances de la mise en réseau traditionnelle basée sur le noyau. Leurs recherches montrent que cette modification peut augmenter le débit jusqu’à 45% tout en maintenant la latence de la queue.
Karsten a travaillé avec Joe Damato, un ingénieur distingué chez Edge Cloud Platform Provider, pour développer un changement de noyau non intrusif qui améliore le traitement du trafic réseau de Linux. S’il est adopté pour l’inclusion dans le noyau Linux, la nouvelle méthode pourrait réduire la consommation d’énergie des opérations de centre de données critiques jusqu’à 30%, a déclaré Karsten.
Leur approche exploite la suspension IRQ (demande d’interruption), optimisant l’utilisation de l’énergie du processeur tout en améliorant l’efficacité du réseau. Il a expliqué que la suspension IRQ améliore les performances du réseau tout en maintenant une faible latence dans des conditions de faible trafic en réduisant les interruptions inutiles du processeur pendant les périodes de trafic élevé.
La recherche de code faisait partie d’un projet en cours visant à construire une salle de serveurs informatiques verte dans le nouveau bâtiment des mathématiques de l’école. Karsten a déclaré que la recherche sur la durabilité doit être une priorité pour les informaticiens.
« Toutes ces grandes entreprises – Amazon, Google, Meta – utilisent Linux dans une certaine mesure, mais elles sont très pointues sur la façon dont elles décident de l’utiliser », a noté Karsten. «S’ils choisissent de« faire allumer »notre méthode dans leurs centres de données, cela pourrait permettre à Gigawatt-Hours d’énergie dans le monde. Presque chaque demande de service qui se produit sur Internet pourrait être affectée positivement par cela. »
La communauté open source soutient la solution d’économie d’énergie
Ann Schlemmer, PDG de la société de base de données open source Percona, considère la modification du code comme un excellent exemple de la puissance des contributions open source et communautaire.
«Il est bien testé et documenté. Les avantages globaux semblent très convaincants », a-t-elle déclaré à LinuxInsider.
Jason Soroko, un chercheur principal de la société de cybersécurité Sectigo, a convenu que la recherche était légitime et d’une institution respectée qui pourrait donner un impact significatif à long terme. En cas de succès, la mise à jour pourrait faire partie intégrante de Linux et potentiellement influencer d’autres plates-formes.
«Je ne serais pas surpris s’il y a beaucoup d’autres efficacités importantes à gagner en examinant de plus près. En affinant comment Linux gère les données éphémères, les chercheurs traitent des problèmes de confidentialité, de sécurité et de performance », a-t-il déclaré à LinuxInsider. «Leur approche pourrait rationaliser la gestion du cycle de vie des données, réduire le ballonnement de la mémoire et le risque d’exposition.»
Le correctif linux mineur pourrait offrir des économies d’énergie majeures
La mise en œuvre de petites efficacités peut évoluer en grande partie lorsqu’elle est mise en œuvre dans des centres de données colossaux. Une carte réseau ne dessine pas la majorité de l’alimentation dans un serveur ou un périphérique de mise en réseau. Cependant, les dispositifs de réseautage modernes peuvent dessiner quelques watts par interface de réseautage, offert à Jamie Boote, consultant en sécurité principale associée de la société de logiciels de sécurité Black Duck Software.
Un rack de centre de données typique contient environ 40 serveurs, chacun avec au moins deux interfaces de réseautage. Selon Boote, les interfaces Ethernet d’un seul rack tirent 160 watts au total.
« La réduction du tirage au sort d’un centre de données, qui peut avoir des centaines ou des milliers de racks, serait semblable à une économie d’énergie de passer un bâtiment de l’éclairage LED à incandescence à plus économe en énergie et vaut bien l’investissement », a-t-il déclaré à LinuxInsider.
Selon Boote, cette optimisation corrige une partie du noyau écrit lorsque les interfaces Ethernet à faible vitesse ont attiré une fraction des besoins électriques d’aujourd’hui. La conception de la pile de réseautage ne tient pas compte du budget de puissance croissant requis par les interfaces de réseautage modernes.
« En modifiant la priorité de la façon dont les ordinateurs planifient les tâches lors des événements de bande passante élevés, un ordinateur peut mieux gérer le trafic de réseautage et hiérarchiser les dépenses énergétiques d’une manière qui est logique pour le matériel et les architectures modernes », a-t-il expliqué.
Compromis des performances du réseau
L’informatique représente actuellement environ 5% de la consommation d’énergie quotidienne mondiale. Les développeurs de logiciels ne se concentrent plus sur l’efficacité des performances comme ils l’ont fait autrefois, qu’il s’agisse d’applications open-source ou propriétaires.
Selon l’avocat de la propriété intellectuelle et de la technologie Raymond Van Dyke, les programmeurs ont utilisé pour gérer les goulots d’étranglement d’exécution de code avec des solutions de contournement électroniques fondamentales pour maximiser l’efficacité. Avec les progrès technologiques exponentiels, beaucoup ont perdu certaines des anciennes habitudes d’efficacité.
«Je ne suis pas du tout surpris que les étrangers, examinant le code et le traitement des données existants, puissent rendre ce code plus efficace et nécessiter moins de consommation d’énergie dans son utilisation. C’est ainsi que cela devrait être », a-t-il déclaré à Linuxinsider.
La modification proposée du noyau Linux exploite sélectivement le traitement d’interruption du réseau, réduisant potentiellement la consommation d’énergie du centre de données de 30% à 45%. Cependant, cette optimisation n’est pas une solution unique, a conseillé Ariadne Conill, mainteneur d’Alpine Linux et ingénieur et co-fondateur distingué de la société de sécurité Edera.
«Il nécessite une configuration manuelle via l’utilitaire« ethtool »et est principalement bénéfique pour les opérateurs de centres de données à grande échelle (hyperscaleurs) exécutant des types spécifiques d’applications à forte intensité de réseau. Bien que prometteuse, la modification s’accompagne de compromis importants », a-t-elle déclaré à LinuxInsider.
Par exemple, il peut rendre la latence du réseau moins prévisible et conduire à une allocation de ressources inégales pour les applications lourdes de réseau.
«Nous pouvons afficher cette mise à jour comme une fonction d’opt-in plutôt qu’une modification de paramètre par défaut. Il convient le plus aux environnements de centres de données soigneusement contrôlés où ces compromis peuvent être correctement gérés », a noté Conill.
