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Title: Arquitetura de um cluster computacional de baixo consumo e com proporcionalidade energética
Authors: Alves Filho, Sebastião Emídio
Keywords: Computação verde;Eficiência energética;Proporcionalidade de hardware;Computação distribuída;Dispositivos de baixo consumo
Issue Date: 1-Dec-2017
Citation: ALVES FILHO, Sebastião Emídio. Arquitetura de um cluster computacional de baixo consumo e com proporcionalidade energética. 2017. 84f. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica e de Computação) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2017.
Portuguese Abstract: Um dos principais desafios da Computação Verde é obter uma melhor relação entre a quantidade de trabalho realizada pela infraestrutura computacional e o gasto energético para mantê-la, isto é, uma melhor eficiência energética. Este trabalho apresenta a arquitetura de um cluster computacional de baixo consumo energético que é capaz de ligar ou desligar, de forma dinâmica e automática, um determinado número de máquinas. A quantidade de máquinas ligadas é proporcional à demanda de trabalho a cada momento, o que evita ligar equipamentos desnecessariamente e aumenta a eficiência do sistema. Para o seu desenvolvimento propõe-se e discute-se um modelo teórico que é implementado através de um cluster composto por dispositivos Raspberry Pi chamado NPi-Cluster. Para atestar a eficiência do modelo proposto são mostrados resultados experimentais nos quais o cluster é usado como um servidor web com balanceamento de carga. Os dados obtidos mostram que o NPi-Cluster tem um desempenho adequado quando comparado a outros servidores que rodam em arquiteturas tradicionais, mas com um consumo energético menor. Um cluster com 7 máquinas usando sua capacidade máxima atende a mais de 450 requisições simultâneas numa taxa de cerca de 1000 transações por segundo. Para fazê-lo o cluster consome cerca de 15 Watts, o equivalente a uma lâmpada econômica ou um computador em modo suspenso que não realiza qualquer atividade. Quando a demanda é baixa o consumo de energia com as máquinas é reduzido dinamicamente, chegando a menos de 2Watts. Além de ser capaz de lidar com cargas de trabalhos com boa qualidade de serviço, o cluster também provê alta disponibilidade evitando pontos únicos de falha.
Abstract: One of the main challenges for the so-called Green Computing is to get a better relation between the amount of work performed by the computational infrastructure and the energy consumption to maintain it, providing better energy efficiency. This work presents the architecture of a computing cluster with low energy consumption that powers on or off a number of running machines automatically and dynamically. The quantity of enabled devices adjusts according to the actual processing demand, which avoids unnecessarily powered equipment and increases the overall system power efficiency. In order to carry out its development, a theoretical model is proposed, discussed, and implemented through the NPi-Cluster, a cluster composed of Raspberry Pi devices. To prove the proposed model feasibility, NPi-Cluster is used as a web server with load balancing. Data gathered shows that NPi-Cluster has adequate performance when compared to other web servers running on traditional server architectures, however with less power consumption. A 7-machine cluster running at maximum performance is able to handle more than 450 simultaneous requests, with about 1000 transactions per second. The power consumption required to do it is about 15 Watts, which is equivalent to a energy-saving light bulb or a computer in suspended mode that does not perform any task. When the requests demand is low, the power consumption is dynamically reduced until less than 2 Watts. Besides to being able to handle workloads with acceptable quality of service, the proposed cluster also provides high availability by avoiding single points of failure.
URI: https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/24935
Appears in Collections:PPGEE - Doutorado em Engenharia Elétrica e de Computação

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