Energy consumption minimization in systems with multi-class workloads

Nowadays, energy consumption in IT is assuming an increasing importance due to the huge number of digital infrastructures used by enterprises. A careful management of the system resources directed to minimize the energy consumption may decrease consistently the waste of money and the emissions of CO2. It would mean great advantages both for enterprises and for environment. In this master thesis, a new algorithm for the smart distribution of a multi-class workload on several systems is presented. A theoretical analysis of the problem is conducted, taking into consideration the optimal population mix that drives the system to work with the best performance. The analysis is done using a energy consumption model, already proposed in literature, in which utilization and energy consumption are directly proportional. Then, two strategies are proposed. Working in the queue section and in the routing section of a controller, they can help to maintain the optimal population mix in the controlled subsystems. The strategies are then implemented in the “Java Modelling Tools” (JMT), a suite of applications developed by Politecnico di Milano and realesed under GPL license. Here, the strategies are analysed in order to evaluate the gain achieved by the system in terms of both performance and saved energy. The new algorithm is studied through several experiments. Results show agreements with previous theoretical predictions. Finally, conclusions and some possible future works are shown.

Poiché la maggior parte delle aziende fa oggi ricorso all'IT per affrontare vecchie e nuove sfide, i problemi relativi al consumo di energia in questo ambito stanno diventando sempre più importanti. Un'attenta gestione delle risorse può condurre, attraverso il risparmio di energia, sia a minori spese monetarie, sia a minori emissioni di CO2, portando quindi benefici sia all'azienda che all'ambiente. In questa tesi viene presentato un nuovo algoritmo per la distribuzione intelligente di un carico di lavoro multi-classe su più sistemi. Dopo aver adottato un modello per il consumo energetico già proposto in letteratura, viene condotta un'analisi teorica del problema, facendo attenzione al mix di popolazione che permette al sistema di lavorare efficientemente. Vengono proposte due strategie che, lavorando una sulla coda e l'altra sul router di un eventuale controllore, hanno il compito di mantenere il mix di popolazione, all'interno delle risorse che seguono, il più vicino possibile al punto ottimo richiesto, indipendentemente dal mix iniziale. Le due strategie sono quindi implementate nel “Java Modelling Tools” (JMT), uno strumento software sviluppato dal Politecnico di Milano e rilasciato sotto licenza GPL, affinché possano essere analizzate e si possa individuare e studiare l'effettivo guadagno (in termini di prestazioni, e quindi di efficienza energetica) che viene apportato al sistema. Segue quindi la descrizione di diversi esperimenti in cui viene condotto lo studio del nuovo algoritmo e si mostrano i risultati ottenuti, che confermano le previsioni iniziali. Infine, vengono mostrate le conclusioni di questo lavoro di tesi magistrale, in cui si presentano anche possibili altri lavori.