Mesure énergétique dans un centre virtualisé

Le travail d’optimisation d’un centre nécessite des observations des consommations dans celui-ci. Ces mesures de consommation peuvent être réalisées à plusieurs niveaux. La consommation totale du centre est relevée par le prestataire électrique, de ma- nière régulière mais sur de longues périodes, par exemple une fois tous les six mois. Prenant en compte l’ensemble du centre, ils ne permettent pas de déterminer avec pré- cision la consommation d’un serveur à un instant donné ni d’observer une hausse de consommation ou d’en comprendre la raison.

L’administrateur d’un centre doit donc déterminer les causes de consommation dans le centre et quantifier ces consommations, nous énumérons ici les différents éléments d’un centre qui participent à cette consommation.

Mesure au niveau du serveur

Dans un centre, la part la plus importante de la consommation est généralement attri- buée au fonctionnement des serveurs pour exécuter leurs tâches. Il est donc opportun de mesurer cette consommation, pour déterminer par exemple les serveurs consommant le plus d’électricité.

Pour cela, les serveurs industriels intègrent généralement des sondes énergétiques interrogeables à distance. Ces sondes nécessitent cependant des pilotes adaptés, qui peuvent être compliqués à installer. Si des normes d’accès aux sondes des châssis se développent (telle IPMI), les implémentations de ces protocoles sont propres à chaque constructeur et nécessitent parfois des développements spécifiques. Dans les faits, l’ob- servation des consommations des serveurs demande la configuration du pilote de chaque serveur, qui peut être délicate, voire même le développement de ce pilote. En plus des problèmes de pilotes, cette configuration peut être compliquée par la présence de mul- tiples sondes dans un serveur, nécessitant à l’administrateur de déterminer laquelle est la plus intéressante.

Lorsque des serveurs ne mettent pas à disposition un accès à ces sondes pour l’admi- nistrateur ou que les accès présents ne sont pas satisfaisants, celui-ci peut installer des sondes externes. Celles ci sont placées entre l’alimentation du serveur et les prises élec- triques du centre. Dédiées à l’observation des consommations, elles sont généralement plus facilement accessibles et configurables que les systèmes intégrés aux serveurs. De plus, l’installation d’un ensemble de sondes du même modèle permet à l’administra- teur d’homogénéiser, d’une part les accès à ces sondes, et d’autre part la sémantique des valeurs de consommation. Cette installation peut cependant nécessiter l’extinction des serveurs du centre, ce qui n’est pas toujours possible lorsqu’un serveur ne possède pas de double alimentation. De plus, l’utilisation d’un nombre important de sondes peut produire des interférences ou ne pas passer à l’échelle, par exemple en cas d’utilisation de sondes sur un réseau sans fil.

28CHAPITRE 2. GESTION ÉNERGÉTIQUE DE L’INFORMATIQUE DANS LES NUAGES L’administrateur utilise ces sondes pour observer les consommations des serveurs, et en déduire des données statistiques. Ces données peuvent être utilisées pour aider au placement des VM sur les serveurs, par exemple en plaçant les VM en priorité sur les serveurs les plus efficaces. Pour cela, l’administrateur doit mettre en relation les activi- tés des serveurs avec leur consommation, en paramétrant des modèles de consommation grâce à ces données. L’utilisation de modèles plus complexes permet généralement de réduire l’erreur de modélisation, mais demande plus d’observations avant d’être réali- sable. Enfin, la sémantique des relevés, par exemple la position des sondes, et la granu- larité de ces relevé de consommations influent grandement sur ces modélisations.

Armoires et groupes de serveurs

Outre les serveurs, les modèles les plus avancés d’armoires dans lesquels ceux-ci sont agencés proposent des relevés de consommation du matériel de l’armoire. Dans ce cas, l’administrateur a accès à la consommation du centre à un niveau intermédiaire entre la consommation de chaque serveur et celle du centre dans son ensemble. Cependant ces données ne permettent pas d’agir directement sur la consommation des serveurs.

L’observation des consommations des serveurs pose de plus problème lorsque ces serveurs partagent des ressources. ainsi, des modèles récents de serveurs de type serveur en lamesont incorporés dans un châssis qui regroupe plusieurs de ces serveurs. Un tel châssis mutualise des fonctionnalités parmi les serveurs, telles l’alimentation électrique, la gestion du réseau, le stockage des données, réduisant ainsi non seulement la taille des serveurs, mais aussi les besoins d’administration. Ces châssis permettent d’accéder à des sondes énergétiques, mais si les consommations de chaque serveur lame sont acces- sible, il faut aussi répartir la consommation du châssis sur ces serveurs, celle-ci étant mutualisée parmi ces serveurs.

Les serveurs ne sont pas les seuls éléments consommateurs d’électricité dans le centre et la facture électrique totale prend en compte les éléments non dédiés au cal- cul du center.

Matériel non calculateur

Outre les serveurs, un centre contient du matériel utilitaire consommant de l’électricité : d’une part pour assurer le bon fonctionnement des serveurs du centre, tels les onduleurs, routeurs, et le système de stockage, et d’autre par pour assurer le bon environnement de travail, tels les systèmes d’observation ou de climatisation. Certains de ces éléments permettent d’accéder à leurs valeurs de consommation.

Les onduleurs d’un centre sont nécessaires pour lui assurer une sécurité en cas de micro coupures et permettent d’observer la puissance qu’ils fournissent au centre. Ce- pendant, s’ils permettent d’avoir une vision globale de la consommation dans le centre,

2.2. MAÎTRISE ÉNERGÉTIQUE 29 il n’est pas possible de déterminer quels sont les éléments du centre responsables de cette consommation.

La consommation des routeurs et périphériques de stockage (NAS) est considérée comme très faible par rapport à celle des serveurs, elle est donc souvent négligée. De plus, les consommations de ces éléments peuvent être très difficiles à modéliser, par les nombreux paramètres à prendre en compte. Par exemple, l’activité d’un routeur dépend des activités réseaux des serveurs du centre, mais aussi de la configuration des réseaux virtuels. De même, l’activité des périphériques de stockage dépend non seulement des activités des serveurs, mais aussi des politiques de sauvegarde, de cache ou de com- pression qui sont utilisées. La consommation de ces éléments étant très peu variable par rapport à la complexité de leurs modèles, elle est généralement considérée comme constante, et donc incorporée dans la consommation de base du centre. Nous ne prenons donc pas ces éléments en considération.

Le système de climatisation d’un centre peut être une simple ventilation d’air ex- térieur, purifié et acclimaté pour réduire l’usure des serveurs. Cependant, les variations de température importantes de l’air extérieur nécessite généralement la régulation de la température du centre. Si cette régulation est importante, ce système de climatisa- tion peut compter pour une part non négligeable de la consommation du centre. Il est donc intéressant lors de la création et de l’administration d’un centre de grande taille de prendre en compte les problématiques de flux thermiques, qui peuvent être sources de sur-consommation du centre, comme présenté dans [PBB+01].

L’impact énergétique du matériel d’un centre est représenté par un indicateur d’effi- cacité appelé PUE, pour Power Usage Effectiveness [BM07]. Cet indicateur est calculé par le ratio entre la consommation totale du centre et la consommation induite par les serveurs. Bien qu’un tel indicateur puisse être manipulé, par exemple en augmentant la consommation des serveurs, il est actuellement l’indicateur privilégié de l’efficacité énergétique d’un centre. L’objectif d’un administrateur de centre est de choisir son ma- tériel et son architecture de manière à s’approcher au plus près d’un PUE de 1. Cet indicateur est passé d’une moyenne de 2.5 en 2007 à 1.9 en 2011 [Sta13], tandis que GOOGLE déclare atteindre un PUE de 1.12 et Facebook un PUE de 1.09. De telles valeurs montrent l’engouement industriel pour la maîtrise énergétique des centres de données.

Une fois le matériel installé, la maîtrise énergétique du centre passe par l’observation et l’optimisation de l’exécution des services sur les serveurs.