En el mayor proyecto de sistemas informáticos jamás realizado en la EPFL, un equipo internacional de investigadores ha ideado una nueva forma de construir ordenadores para ayudar a afrontar los crecientes desafíos que afrontan los centros de datos.
Todos conocemos la sensación de tener demasiadas cosas en qué pensar a la vez, pero imaginemos cómo es para los servidores de un centro de datos. A menudo, una misma máquina tiene que atender las demandas de muchos programas diferentes, a petición de muchos usuarios, todos al mismo tiempo.
No solo hay una cola para la memoria disponible del servidor, sino que también existen controles de seguridad: cada solicitud debe procesarse con cuidado para que los usuarios no vean los datos de los demás. ¿El resultado? Cuellos de botella. Los servidores funcionan con lentitud y los recursos no se utilizan eficientemente.
Para intentar solucionar este problema, hace cinco años, Babak Falsafi, profesor titular de la Escuela de Ciencias de la Computación y de la Comunicación , formó un equipo internacional de múltiples talentos para crear Midgard, un nuevo enfoque en el uso de memoria virtual para los sistemas operativos actuales.
«Los principios tradicionales de los sistemas informáticos para gestionar la memoria se remontan a la década de 1960», explicó Falsafi. «Pero durante mucho tiempo, Apple ha rediseñado el hardware y el software específicamente para sus iPhones y portátiles/ordenadores Mac. Esto es lo que los diseñadores de servidores de centros de datos deberían haber hecho hace años. Los principios tradicionales de los sistemas informáticos no se adaptan a las altísimas exigencias de los servicios en la nube actuales».
Los programas informáticos necesitan determinar dónde realizar sus cálculos, y la memoria virtual es la forma en que la computadora engaña a un programa haciéndole creer que tiene mucho más espacio del disponible para realizar cálculos. Además, el espacio se comparte entre los programas sin que estos lo sepan. La función de la memoria virtual es dirigir a cada programa al espacio asignado y ejecutar comprobaciones de identidad y acceso cada vez que se utiliza. Esto garantiza que los programas no se superpongan, pero ralentiza el proceso.
Para optimizar el rendimiento de los servidores, el equipo de Midgard se propuso rediseñar la memoria virtual. Compartimentaron la memoria virtual para que los programas pudieran encontrar rápidamente su espacio de trabajo y el hardware pudiera realizar las comprobaciones de acceso con mínima demora y consumo de energía.
Midgard no sólo puede reducir los cuellos de botella en la memoria virtual mientras mantiene los altos niveles de seguridad requeridos por un centro de datos, sino que es compatible con los estándares de desarrolladores de software modernos (para teléfonos, computadoras portátiles/de escritorio y servidores) y no tiene en cuenta a los desarrolladores de aplicaciones.
Los beneficios no son solo un rendimiento más rápido, sino también un nivel de eficiencia mucho más alto, lo que juega un papel en la importantísima batalla para reducir la huella de carbono de los centros de datos.
“En los centros de datos, la memoria es un componente de hardware compartido y representa el 50% del costo del servidor, habiendo crecido en 12 órdenes de magnitud en capacidad desde fines de la década de 1960”, destacó Falsafi.
Sin embargo, los servidores no siempre se utilizan eficientemente en los centros de datos. Informes independientes indican que más de la mitad de la memoria que los proveedores de la nube alquilan a sus clientes no se utiliza.
Microsoft informó recientemente que, debido a la forma en que alquila servidores a sus clientes en la nube, el 20 % de su memoria permanece inutilizada (no alquilada). Estamos intentando crear tecnologías para ayudar a los operadores y a sus clientes a utilizar su hardware de forma más eficiente, continuó.
A medida que la iniciativa Midgard de cinco años llega a su fin, puede jactarse de una serie de publicaciones, un demostrador interno que muestra ganancias de orden de magnitud, una presentación de muestra en Intel y, por supuesto, conversaciones sobre una secuela.
«Ahora estamos considerando la computación a escala de rack», explica Falsafi, «con un conjunto de servidores diseñados específicamente que se comportan como una sola computadora en un centro de datos. Con las nuevas estructuras de red que conectan un rack completo de servidores, los servicios en la nube pueden utilizar todo el hardware, no solo la memoria, de forma más eficiente en los centros de datos. Queremos avanzar con lo que hemos descubierto en Midgard y desarrollar la mejor estrategia posible para optimizar la utilización del hardware en los futuros centros de datos. Este es el objetivo que nos motiva».
Los investigadores principales de Midgard son los profesores Babak Falsafi, Mathias Payer y David Atienza , colegas del Centro EcoCloud de la EPFL , así como el profesor Abhishek Bhattacharjee de Yale y el profesor Boris Grot de la Universidad de Edimburgo. Han contado con el apoyo de profesores e investigadores asociados de la EPFL en Suiza y en todo el mundo.
EPFL News. T. P. Traducido al español
