Анализ модели энергоэффективности вычислительного кластера с управлением скоростью обслуживания. Часть 1

Аннотация. Предлагается стохастическая модель многосерверной системы обслуживания с одновременным занятием и одновременным освобождением заявкой случайного числа серверов и пороговым (гистерезисным) управлением скоростью обслуживающих устройств. Предложенная модель позволяет оценить возможности экономии энергии на вычислительном кластере при контроле качества обслуживания без вмешательства в работу реальной системы. Ключевые слова: стохастическое моделирование; гистерезисное управление; вычислительный кластер; энергоэффективность.

В современном мире проблемы энергоэффективности являются актуальными, особенно они важны в технической сфере. Среди многих объектов этой сферы значительно важным является кластер - это устройство, которое позволяет одновременно обслуживать несколько заявок, используя сразу несколько процессоров (заявка занимает несколько процессоров одновременно на одно и то же время). При работе с кластером проблема заключается в высоком энергопотреблении при низкой (средней) загрузке. Чтобы решить задачу оптимизации энергопотребления, необходима система управления энергоэффективностью. Существуют разные способы управления, и один из них - гистерезисное управление, то есть метод, который позволяет удерживать некоторый контролируемый параметр в пределах двух пороговых значений. Поскольку нельзя проводить эксперимент на реальном устройстве, и при этом необходимо знать параметры системы, нужна имитационная модель. Предложенная модель подробно описана ниже. В работе рассматривается двухпороговая многосерверная система обслуживания. Для ее исследования используется дискретно-событийная модель, то есть система рассматривается только в моменты определенных событий. В системе имеется некоторое количество обслуживающих серверов и одна очередь. Сервера могут работать с одной из двух возможных скоростей - rL и rH, причем 0 < rL < rH. На входе – поток заявок, при этом времена между приходами случайные, для каждой заявки известно число требуемых серверов и объем работы. Если свободных серверов недостаточно для обслуживания заявки, она ожидает в очереди. Также известны еще 2 параметра системы - уровни нагрузки kH и kL, причем kL < kH. Как только число заявок в очереди превышает значение kH, скорость работы серверов переключается на rH, когда это число спадает до уровня kL, включается скорость rL. Особенностью данной системы является возможность управления скоростью обслуживания.

Т. Е. Морозова
Продолжение следует