Per far fronte alle crescenti sfide dei centri dati, un team internazionale di ricercatori ha ideato un nuovo modo di creare i computer nell’ambito del più grande progetto di sistemi informatici mai intrapreso all’EPFL.
Conosciamo tutti la sensazione di avere troppe cose a cui pensare contemporaneamente, ma immaginate cosa significa per i server dei data center. Molto spesso, la stessa macchina deve soddisfare i requisiti di molti programmi diversi allo stesso tempo, su richiesta di molti utenti diversi.
Non solo c’è una coda per la memoria disponibile del server, ma ci sono anche controlli di sicurezza: ogni richiesta deve essere gestita con attenzione per evitare che gli utenti vedano i dati degli altri. Il risultato? Congestione. I server funzionano lentamente e le risorse non vengono utilizzate in modo efficiente.
Nel tentativo di risolvere questo problema, cinque anni fa Babak Falsafi, professore ordinario presso la Facoltà di Scienze informatiche e delle comunicazioni, ha riunito un team internazionale dalle molteplici competenze per creare Midgard, un nuovo approccio all’uso della memoria virtuale per gli attuali sistemi operativi.
i principi tradizionali dei sistemi di gestione della memoria dei computer risalgono agli anni ’60", spiega Babak Falsafi. Ma Apple ha da tempo ridefinito hardware e software specificamente per i suoi iPhone e per i computer portatili e desktop Mac. Questo è ciò che i responsabili della progettazione dei server dei centri dati avrebbero dovuto fare anni fa. I principi dei sistemi IT tradizionali non sono adatti alle esigenze incredibilmente elevate dei servizi cloud di oggi"
I programmi informatici devono sapere dove eseguire i loro calcoli e la memoria virtuale è il modo in cui il computer inganna un programma facendogli credere di avere molto più spazio per eseguire i calcoli di quanto ne abbia. Inoltre, lo spazio viene condiviso tra i programmi senza che questi lo sappiano. Il compito della memoria virtuale è quello di indirizzare ogni programma verso lo spazio che gli è stato assegnato e di eseguire controlli di identità e di accesso ogni volta che lo spazio viene utilizzato. Questo assicura che i programmi non si ostacolino a vicenda, ma rallenta il processo.
Per aumentare le prestazioni del server, il team di Midgard ha intrapreso una revisione della memoria virtuale. Ha compartimentato la memoria virtuale in modo che i programmi possano trovare rapidamente il loro spazio di lavoro e che l’hardware possa eseguire i controlli di accesso con poco ritardo o energia.
Midgard è in grado di ridurre la congestione della memoria virtuale, pur mantenendo gli elevati livelli di sicurezza richiesti da un data center. È inoltre compatibile con i moderni standard di sviluppo software (per telefoni, laptop/desktop e server) e trasparente per gli sviluppatori di applicazioni.
I vantaggi non sono solo prestazioni più rapide, ma anche un livello di efficienza molto più elevato, che contribuisce all’importantissima battaglia per ridurre l’impronta di carbonio dei data center.
"Nei data center, la memoria è un componente hardware condiviso e rappresenta il 50% del costo del server, la cui capacità è aumentata di 12 volte dalla fine degli anni ’60", sottolinea Babak Falsafi.
Ma i server non sono sempre utilizzati in modo efficiente nei data center. Rapporti indipendenti indicano che più della metà della memoria che i fornitori di cloud affittano ai clienti non viene utilizzata.
"Microsoft ha recentemente riferito che, a causa del modo in cui affitta i server ai clienti cloud, il 20% della memoria è bloccata (non affittata). Stiamo cercando di creare tecnologie che aiutino gli operatori e i loro clienti a utilizzare l’hardware in modo più efficiente", continua.
Mentre l’iniziativa quinquennale Midgard si avvia alla conclusione, vanta una serie di pubblicazioni, un dimostratore interno che mostra guadagni di un ordine di grandezza, una presentazione a Intel e, naturalmente, un seguito previsto.
"Stiamo guardando all’elaborazione su scala rack", spiega Babak Falsafi, "con una serie di server appositamente progettati che si comportano come un singolo computer in un centro dati. Con nuove strutture di rete che collegano tra loro un intero rack di server, i servizi cloud possono utilizzare in modo più efficiente tutto l’hardware, non solo la memoria, nei data center. Vogliamo basarci su ciò che abbiamo scoperto a Midgard e sviluppare la migliore strategia possibile per migliorare l’utilizzo dell’hardware nei data center futuri. Questo è l’obiettivo che ci guida"
I principali ricercatori di Midgard sono: Babak Falsafi, Mathias Payer e David Atienza, colleghi del centro EcoCloud dell’EPFL, nonché Abhishek Bhattacharjee di Yale e Boris Grot dell’Università di Edimburgo. I ricercatori sono stati supportati da membri di facoltà e collaboratori di ricerca dell’EPFL in Svizzera e nel resto del mondo.
