A Highly Effective System Clock to Energy-efficient Computer System
Autores
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Informações:
Publicações do PESC
Título
A Highly Effective System Clock to Energy-efficient Computer System
Linha de pesquisa
Arquitetura e Sistemas Operacionais
Tipo de publicação
Relatório Técnico
Número de registro
ES-745/12
Data
31/12/2012
Resumo
Sistemas de computação energeticamente eficientes utilizam crescentemente processadores com múltiplos núcleos, voltagem dinâmica e escalonamento de frequência (DVFS) e suporte de virtualização. Entretanto, os atuais relógios de sistema não são usualmente projetados para lidar com a capacidade de tais mecanismos de desecelerar/acelerar a passagem do tempo, o que aumenta os desvios de tempo no sistema e produz dois efeitos adversos. Primeiro, a redução da precisão dos relógios do sistema, o que inviabiliza a execução de aplicações dependentes de medidas de tempo precisas. Segundo, aumentar a taxa de resincronização com um relógio global externo, contrapondo-se a alcançar a eficiência energética desejada. Como uma alternativa para o relógio de sistema, nós propomos um original relógio virtual, denominado RVEC, com a propriedade de contagem de tempo ser estritamente crescente e precisa. Mais ainda, nós usamos RVEC para construir uma solucção de relógio global de alta precisão (HPGC) que é livre de resincronização. Nossa avaliação experimental de uma implementação do RVEC e HPGC em Linux e do RVEC no sistema de Virtualização OpenVZ usando um cluster de referencia de três computadores energeticamente eficientes, mostraram que o RVEC tem sobrecarga negligível e foi altamente preciso em comparação com dois relógios de sistemas representativos do Linux. No OpenVZ, RVEC permitiu Memperf, uma aplicação dependente de temporização precisa, ser migrada entre núcleos sem afetar suas medições, em contraste com os parcos resultados usando o relógio de sistema padrão. Adicionalmente, nossos resultados indicaram que a solução HPGC é altamente escalável pois consegue sincronizar até 1.000 nós/s e também que pode ser realizada offline. Estes resultados preliminares sugerem que RVEC e HPGC conseguem ser alternativas altamente efetivas para o relógio do sistema e o relógio global, respectivamente, especialmente para sistemas de computação energeticamente eficientes.
Abstract
Energy-efficient computer systems are making increasing use of processors that have multiple core units, DVFS, and virtualization support. However, current system clocks have not been usually designed to cope with the capacity of such mechanisms to decelerate/accelerate the passage of time, which increases the time drifts in the system and produces two adverse side effects. First, a reduction in the precision of the system clocks, which makes it infeasible to run applications that are dependent on precise time measurements. Second, increasing the rate of system resynchronization with an external global clock, which counteracts the attainment of a desirable energy efficiency. As an alternative to a system clock, we propose an original virtual clock, named RVEC, with the property that the time count is strictly increasing and precise. Furthermore, we used RVEC to build a High-Precision Global Clock (HPGC) solution which was free from resynchronization for a cluster of energy-efficient computers. Our experimental evaluation of an implementation of RVEC in both the Linux system and the OpenVZ virtualization system as well as HPGC in Linux by using a reference cluster of three energy-efficient computer systems showed that RVEC had negligible overhead and was highly precise in comparison with representative Linux system clocks. In addition, our results indicated that the HPGC synchronization solution is highly-scalable as it can synchronize up to 1,000 nodes/s and also that it can be performed offline, which can benefit energy-limited embedded systems, as well. These preliminary results suggest that RVEC and HPGC can be highly effective alternatives to the system clock and global clock,respectively, especially for EE computer systems.
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