La ricerca condotta alla Cheriton School of Computer Science ha portato a una piccola ma significativa modifica al kernel di Linux che potrebbe ridurre il consumo energetico nei data centre fino al 30%. Questo aggiornamento, che potrebbe ridurre significativamente l’impatto ambientale, arriva in un momento cruciale, poiché i data centre sono responsabili di circa il 5% del consumo globale di energia giornaliero. La maggior parte del traffico web passa attraverso questi centri, che utilizzano il sistema operativo open-source Linux, e questa innovazione potrebbe rivoluzionare il modo in cui i server e le infrastrutture di rete gestiscono le operazioni quotidiane.
Il professor Martin Karsten, esperto della Cheriton School of Computer Science, ha spiegato che i dati arrivano nei data centre sotto forma di “pacchetti”, e che la parte front-end del data centre, simile a una receptionist, è responsabile di smistare questi pacchetti nel posto giusto. Il problema, come ha osservato Karsten, risiede nell’inefficienza con cui il traffico di rete veniva gestito, specialmente in applicazioni server che richiedono un’elaborazione intensiva dei dati.
Un piccolo cambiamento a Linux con grandi benefici
In collaborazione con Peter Cai, suo ex studente di master, Karsten ha individuato delle inefficienze nel modo in cui il traffico di rete veniva processato. Con un cambiamento minimo alla pila di rete del kernel Linux, il team è riuscito a migliorare significativamente sia le prestazioni che l’efficienza energetica. La modifica proposta da Karsten e Cai non aggiunge nuove funzionalità, ma riorganizza le operazioni all’interno del sistema di rete di Linux, ottimizzando l’uso delle cache della CPU nei data centre. Questo cambiamento ha portato a un aumento del throughput fino al 45% in alcune situazioni, senza compromettere la latenza, anche in condizioni di traffico elevato.
L’innovazione è stata testata e presentata all’ACM SIGMETRICS 2024, un’importante conferenza di ricerca nel campo dei sistemi informatici. In seguito, Karsten si è alleato con Joe Damato, ingegnere di Fastly, per sviluppare un frammento di codice, una modifica al kernel di sole 30 righe, che migliorerebbe il modo in cui Linux gestisce il traffico di rete. Questa modifica ha ora trovato posto nel nuovo kernel Linux 6.13, dopo essere stata testata e proposta per l’adozione.
Una delle caratteristiche centrali di questa innovazione è la sospensione delle richieste di interruzione (IRQ), che aiuta a bilanciare l’uso della CPU con un’elaborazione dei dati più efficiente. Durante i periodi di traffico elevato, la sospensione delle IRQ riduce le interruzioni inutili della CPU, migliorando così le prestazioni della rete e mantenendo una bassa latenza anche in momenti di bassa domanda.
Secondo Karsten, se grandi aziende come Amazon, Google e Meta decidessero di implementare questa modifica nei loro data centre, il risparmio energetico globale potrebbe essere enorme, con un impatto positivo su quasi ogni richiesta di servizio che avviene su Internet. Questo progetto, insieme alla costruzione di una server room ecologica all’interno dell’edificio Mathematics 4 a Waterloo, rappresenta un esempio concreto di come la ricerca informatica possa contribuire a costruire un futuro più sostenibile.
