Gestión energética de infraestructuras cloud

Abstract

Debido a la tendencia alcista de la demanda de los servicios de computación en la nube que ofrecen los centros de procesamiento de datos a nivel mundial, se ha generado un aumento considerable de la energía eléctrica consumida por estas instalaciones, para su correcto funcionamiento de forma ininterrumpida. Por ello, se propone la creación de un sistema de gestión energética autónomo para este modelo de infraestructuras, tratando de mejorar así su eficiencia energética, sin disminuir el rendimiento. Para lograrlo se ha realizado un estudio del entorno, así como sobre las tecnologías empleadas en la gestión del mismo. Para establecer un marco teórico que sustente las técnicas empleadas para alcanzar dicha mejora, se han analizado varias fuentes de ineficiencias energéticas presentes en estas infraestructuras. Como resultado de la selección de estas fuentes, se ha diseñado e implementado un software enfocado, en primer lugar, en la optimización del uso de los recursos de cómputo disponibles en el datacenter. De esta forma, se ofrece la máxima cantidad de instancias virtuales de cómputo, en el mínimo número de recursos físicos disponibles, mediante lo que se conoce como consolidación. En segundo lugar, el sistema controla y mide el aprovisionamiento de recursos físicos disponibles de una manera óptima, en función de la demanda actual, de tal forma, que se mantiene encendida únicamente la parte de la infraestructura en uso. Para lograr esto, el sistema es capaz de encender y apagar los servidores de forma dinámica. Además, puesto que se trata de un entorno de computación heterogéneo, el sistema se ha caracterizado por tener un diseño modular, el cual permite una alta flexibilidad y adaptación a la infraestructura existente, por medio del uso de diferentes tipos de extensiones. En el caso particular de este proyecto, el sistema se ha diseñado para ser desplegado en el centro de procesamiento de datos del Instituto de Física de Cantabria (IFCA-CSIC-UC), el cual ofrece un entorno de computación en la nube gestionado con OpenStack, con una amplia variedad de servidores, que ofrecen distintos servicios basados en la computación en la nube. El despliegue de este sistema, en este tipo infraestructuras que manejan un gran volumen de datos, permitirá que las organizaciones obtengan beneficios económicos y ambientales, promoviendo la sostenibilidad en los centros de procesamiento de datos.

Due to the upward trend in the demand for cloud computing services offered by datacenters worldwide, there has been a considerable increase in the amount of electricity consumed by these facilities for their uninterrupted operation. For this reason, the creation of an autonomous energy management system is proposed for this model of infrastructures, in an attempt to improve their energy efficiency without reducing the performance. To achieve this, a study of the environment has been carried out, as well as a study of the technologies used in its management. In order to establish a theoretical framework to support the techniques used to achieve this improvement, several sources of energy inefficiencies present in these infrastructures have been analysed. As a result of the selection of these sources, software has been designed and implemented focused, in the first place, on the optimization of the use of the computing resources available in the datacenter. In this way, it offers the maximum number of virtual computing instances, in the minimum number of available physical resources, by means of what is known as consolidation. Secondly, the system controls and measures the provisioning of available physical resources in an optimal way, based on the current demand, so that only the part of the infrastructure in use is kept powered on. To achieve this, the system is able to dynamically switch servers on and off. Furthermore, since it is a heterogeneous computing environment, the system has been characterised by a modular design, which allows a high flexibility and adaptability to the present infrastructure through the use of different types of extensions. In the particular case of this project, the system has been designed to be deployed in the data processing centre of the Institute of Physics of Cantabria (IFCA-CSIC-UC), which offers a cloud computing environment managed with OpenStack, with a wide variety of servers, offering different cloud computing based services. The deployment of this system, in this type of data-intensive infrastructure, will allow organisations to obtain economic and environmental benefits, promoting sustainability in datacenters.