Новый взгляд на компьютерные технологии для дата-центров

Международная команда исследователей из EPFL представила революционный подход к созданию компьютерных систем, призванный решить растущие проблемы современных дата-центров. Этот масштабный проект меняет представление о компьютерных технологиях.

Каждый сталкивался с ощущением перегрузки информацией, но представьте, каково приходится серверам дата-центров, одновременно обрабатывающим запросы множества пользователей и программ. Ограниченная серверная память и необходимость тщательных проверок безопасности для изоляции данных пользователей приводят к замедлению работы и неэффективному использованию ресурсов.

Чтобы справиться с этой проблемой, профессор Школы компьютерных и коммуникационных наук Бабак Фальсафи пять лет назад собрал команду специалистов. Их целью стало создание Midgard — новой системы использования виртуальной памяти в современных операционных системах.

«Принципы управления памятью, используемые в традиционных компьютерных системах, уходят корнями в 1960-е годы, — поясняет Фальсафи. — В то время как Apple уже давно перерабатывает аппаратное и программное обеспечение специально для своих iPhone и Mac. Именно это разработчики серверных решений для дата-центров должны были сделать много лет назад. Традиционные подходы не соответствуют невероятно высоким требованиям современных облачных сервисов».

Компьютерные программы нуждаются в определении места выполнения вычислений, а виртуальная память — это способ заставить программу думать, что у нее гораздо больше доступного пространства. Это пространство совместно используется программами, которые не знают о присутствии друг друга. Задача виртуальной памяти — направлять каждую программу в выделенное ей пространство и выполнять проверки доступа. Это обеспечивает изоляцию программ, но замедляет процесс.

Для повышения производительности серверов команда Midgard занялась переработкой виртуальной памяти. Они создали сегментированную виртуальную память, позволяющую программам быстро находить свое рабочее пространство, а аппаратному обеспечению — выполнять проверки доступа с минимальной задержкой и энергопотреблением.

Midgard не только устраняет узкие места в виртуальной памяти, сохраняя высокий уровень безопасности, необходимый для дата-центров, но и совместим с современными стандартами разработки программного обеспечения, будучи прозрачным для разработчиков приложений.

Преимущества включают не только ускорение работы, но и значительно более высокую эффективность, что вносит вклад в борьбу за снижение углеродного следа дата-центров.

«В дата-центрах память является общим аппаратным компонентом и составляет 50% стоимости сервера, увеличившись в объеме на 12 порядков с конца 1960-х годов», — отмечает Фальсафи. Однако серверы в дата-центрах используются не всегда эффективно. Независимые отчеты показывают, что более половины памяти, сдаваемой облачными провайдерами клиентам, не используется.

«Microsoft недавно сообщила, что из-за модели аренды серверов клиентам 20% их памяти остается неиспользуемой. Мы стремимся создавать технологии, которые помогут операторам и их клиентам более эффективно использовать свое оборудование», — добавил он.

Пятилетняя инициатива Midgard завершается, оставив после себя множество публикаций, внутренний демонстратор, показывающий многократное увеличение производительности, презентацию в Intel и, конечно же, планы на продолжение.

«Сейчас мы изучаем возможности вычислений на уровне стоек, — говорит Фальсафи, — с помощью специально разработанного набора серверов, которые функционируют как единый компьютер в дата-центре. С развитием сетевых технологий, соединяющих целую стойку серверов, облачные сервисы смогут более эффективно использовать всё аппаратное обеспечение, а не только память. Мы хотим развивать наши открытия, сделанные в Midgard, и разработать наилучшую стратегию для повышения утилизации оборудования в будущих дата-центрах. Это цель, которая нас вдохновляет».