Midgard - ein Paradigmenwechsel in der Rechenzentrumstechnik
Virtual machine © ZinetroN – Adobe Stock 2021
Forschende der EPFL haben einen innovativen Ansatz zur Implementierung von virtuellem Speicher in Rechenzentren entwickelt, der die Effizienz von Servern erheblich steigert.
Da Big Data, das von KI bis hin zum Internet der Dinge genutzt wird, unser modernes Leben zunehmend dominiert, hat Cloud Computing massiv an Bedeutung gewonnen. Virtueller Arbeitsspeicher ist dabei von herausragender Bedeutung, denn ein Datenserver führt zahlreiche Dienste für viele verschiedene Kunden gleichzeitig aus und verwendet virtuellen Speicher, um diese Dienste zu verarbeiten und die Daten der einzelnen Kunden vor fremden Eingriffen zu schützen.
Die Nutzungsweise dieser virtuellen Speicher stammt jedoch aus den 1960er-Jahren und der zunehmende Bedarf an Speicherkapazität führt zu einer schrittweisen Verlangsamung der Prozesse. Zum Beispiel investieren Rechenzentren, die Dienste wie soziale Netzwerke oder Geschäftsanalysen anbieten, mehr als 20 % ihrer Verarbeitungszeit in virtuelle Speicher und Schutzprüfungen. Das bedeutet, dass jeder Zuwachs in diesem Bereich eine enorme Effizienzsteigerung darstellt.
Midgard: Energiesparen in der Cloud
Jetzt haben Forschende, die mit dem Ecocloud Center for Sustainable Cloud Computing der EPFL zusammenarbeiten, Midgard entwickelt, einen Software-modellierten Prototyp, der ein Proof of Concept erbringt, um die Servereffizienz erheblich zu steigern. Ihr Forschungspapier Rebooting Virtual Memory with Midgard wurde gerade auf der ISCA’21, der weltweit führenden Konferenz für Computerarchitektur, vorgestellt und ist der erste von mehreren Schritten zur Demonstration eines voll funktionsfähigen Systems.
«Midgard ist eine Technologie, die wachsende Speicherkapazitäten ermöglicht, während die Sicherheit der Daten aller Nutzenden in den Cloud-Diensten weiterhin gewährleistet ist», erklärte Professor Babak Falsafi, Gründungsdirektor des Ecocloud Centers und einer der Autoren der Studie. «Mit Midgard werden die wichtigen Datenabfragen und Schutzprüfungen direkt im On-Chip-Speicher und nicht im virtuellen Speicher durchgeführt. Damit entfällt ein Grossteil der traditionellen Hierarchie von Lookups und Übersetzungen, so dass ein Nettogewinn an Effizienz erzielt wird, selbst wenn mehr Speicher zum Einsatz kommt», fuhr er fort.
In kürzlich durchgeführten Tests lag das Midgard-System bei niedrigem Arbeitsvolumen 5 % hinter der Standardleistung zurück, aber bei Volumen von 256 MB grossem Gesamtcache vermochte es herkömmliche Systeme in Bezug auf den virtuellen Speicher-Overhead zu übertreffen.
Ein herausragendes Merkmal der Midgard-Technologie ist, dass sie zwar einen Paradigmenwechsel darstellt, aber mit bestehenden Betriebssystemen wie Windows, MacOS und Linux kompatibel ist.
Zukünftige Arbeiten werden sich mit dem breiten Spektrum an Herausforderungen befassen, die zur Realisierung von Midgard in realen Systemen angegangen werden müssen, wie z.B. Kompatibilitätsentwicklung, Paketierungsstrategien und Wartungspläne.
Für weitere Informationen über Midgard klicken Sie hier.
Die entsprechende Publikation ist:
Rebooting Virtual Memory with Midgard
S. Gupta; A. Bhattacharyya; Y. Oh; A. Bhattacharjee; B. Falsafi and M. Payer
ISCA 2021 48th International Symposium on Computer Architecture, Online conference, June 14-19, 2021.