- Подписка на печатную версию:
- Подписка на электронную версию:
- Подшивки старых номеров журнала (печатные версии)
LXF106:«Зеленые вычисления»
Материал из Linuxformat.
Содержание |
«Зеленые» вычисления
- Хотите сэкономить деньги и внести свою лепту в сохранение природных ресурсов? «Зеленые» вычисления [green computing] позволяют сделать это, и не только – Пол Хадсон расскажет об успехах Linux на данном поприще…
До недавнего времени компьютерный мир четко делился на два лагеря. В одном из них шла погоня за скоростью; программисты, усвоив закон Мура, мастерили ПО без оглядки на возможности оборудования. На другом полюсе во главу угла ставили экономию ресурсов и время автономной работы. Здесь прогресс редко связывали со скоростью, считая главной целью эффективность энергозатрат.
Несколько лет назад, когда чипы Pentium 4 с частотой 3,8 ГГц, 8-дюймовые радиаторы и мощные вентиляторы были делом вполне обычным, разрыв между лагерями достиг максимума. Сегодня угроза апокалиптических изменений климата заставила задуматься последних упрямцев, и слова “green computing” становятся новым девизом администраторов всего мира. Но не думайте, что пользователей домашних компьютеров борьба за чистоту планеты не касается. Как раз напротив: они могут сделать не меньше профессионалов, ведь, если разобраться, настольный компьютер большую часть времени работает вхолостую. Заурядный ПК расходует не меньше 300 Вт, а машине с несколькими видеокартами и жесткими дисками, да с многоядерным процессором может и киловатта не хватить. Самые продвинутые блоки питания потребляют до 1,5 кВт – умопомрачительный расход энергии!
Сколько стоит охлаждение
Энергетические расходы вполне сопоставимы с ценой оборудования – например, в США на питание и охлаждение информационных центров расходуется столько же энергии, сколько потребляет шесть миллионов средних американских семей. По данным Агентства охраны окружающей среды, это выливается в $4,5 млрд. и имеет тенденцию к росту до $8 млрд. в ближайшие 5 лет.
Давайте разберемся со стоимостью вычислений в обычном офисе. Компьютеры расходуют примерно половину всей электроэнергии, причем серверы потребляют около двух третей, остальное приходится на рабочие станции и прочую периферию. Мобильные устройства, вроде BlackBerry, тоже расходуют энергию, но учесть ее вряд ли возможно.
В серверном зале основная проблема состоит в том, что цену аппаратуры можно определить точно, а вот расходы на охлаждение (если оно претендует на эффективность) меняются динамически, в зависимости от нагрузки, и точному учету поддаются с трудом. Согласно эмпирическому правилу, расходы на питание компьютеров в среднем составляют половину цены оборудования; 50% от них – стоимость охлаждения.
Снизить затраты можно несколькими способами:
- Ограничить охлаждение
- Выключать неиспользуемые компьютеры
- Использовать меньше компьютеров
Казалось бы, все понятно, но сравнительно прост только первый пункт – большинство дата-центров работает при 15°С, и подъем температуры до 22–24°С мог бы дать ощутимую экономию. В идеальном мире мы могли бы потратить излишки теплоты с толком, а не рассеивать ее в пространстве – впрочем, такого чуда остается ждать всего несколько лет.
Два других варианта требуют более значительных усилий, но и экономию обещают нешуточную. Давайте подумаем, что можно сделать прямо сейчас…
Полная автоматизация
Над снижением энергопотребления работают и Intel, и AMD, но уже сейчас заметно неоспоримое превосходство Intel в этой области. Основной целью Pentium 4 была погоня за увеличением тактовой частоты. Долгое время этот путь казался единственно верным – пока Athlon 64 не доказал, что большего можно добиться не повышением частоты, а обновлением дизайна. Intel изрядно удивила всех, отказавшись в P4 от архитектуры NetBurst и вернувшись к Pentium M, расширению старого Pentium III. С тех пор Core идет по пути наращивания числа ядер, сохраняя сравнительно низкие тактовые частоты, что по определению снижает энергозатраты.
Не удовлетворившись своим положением на мобильном рынке, Intel недавно представила процессор Atom – совершенно новую архитектуру, разработанную специально для сверхлегких ноутбуков и карманных устройств. Удивительно, но Atom – это x86-64 чип с поддержкой SSE3 и HyperThreading, работающий на 1,8 ГГц и потребляющий всего 2,5 Вт. Во время простоя, энергозатраты падают до 0,1 Вт, что намного ниже достижений Core 2. При таком поразительном соотношении потребления и производительности неудивительно, что производители малых ноутбуков (в частности, Asus) уже ищут способы заполучить новые чипы в свои устройства. Очень вероятно, что 9-дюймовый Asus Eee 900 перейдет на Atom уже в ближайшие месяцы.
Но и Intel не останавливается на достигнутом: уже идет работа над преемником Atom, который, возможно, получит встроенный графический чип, сохранив те же параметры.
Польза от обесточивания простаивающих машин справедливо кажется сомнительной, но полного выключения и не требуется. Исследования, проведенные Google, показали, что можно аппроксимировать потребление электроэнергии, исходя из «аппетитов» процессора. Это не значит, что другие компоненты компьютера не расходуют энергию – но, если простаивает процессор, все остальное, как правило, тоже не используется. Поэтому, чтобы обесточить ненужную машину, незачем выключать ее целиком – достаточно просто «усыпить».
Благодаря таким технологиям, как ACPI и SpeedStep/PowerNow, выключить простаивающий компьютер не составляет труда. Еще проще сделать это на ноутбуке, где агрессивное энергосбережение – норма. На любом ПК можно найти ресурсосберегающие приложения (возьмите хоть System > Preferences > Power Management в Gnome или KPowerSave в KDE), которые отключают основные службы во время простоя компьютера. В KPowerSave даже заготовлено несколько типовых схем, которые можно переключать прямо из панели.
Если вы замечаете, что стандартные Linux-средства контроля энергопотребления не действуют – вероятно, дело в настройках BIOS. Как правило, материнские платы настраивают на максимальную производительность, не считаясь с экономией энергии. Проще всего определить это по работе вентилятора: если он «шумит» одинаково и во время игры в Unreal Tournament, и при наборе в командной строке, значит, скорее всего, функции энергосбережения не настроены. Ultimate Linux Box, собранный нами в LXF92, вел себя именно так, и мы были вынуждены войти в BIOS, чтобы умерить аппетит машины.
Сегодня при покупке нового компьютера к нашим услугам двух-, и даже четырехядерные процессоры, гигабайты оперативной памяти и терабайты дискового пространства, но подумайте, так ли уж все это необходимо? Да, конечно, на экономное потребление можно настроить и настольную машину с двухъядерным процессором, и все же она будет на порядок уступать ноутбуку (20-дюймовых монстров оставим за скобками).
Заснуть или подождать?
Две основные проблемы ноутбуков известны каждому: высокая цена и трудности настройки энергосберегающих функций. Что касается первого, то коллектив LXF не перестает удивляться дешевизне нынешних экземпляров – зайдите, например, на сайт Dell, отыщите секцию Small Business laptops. Оказывается, можно приобрести скромный ноутбук всего за 180 фунтов, плюс НДС и доставка – и это с двухъядерным процессором! [похоже, Англии доступны какие-то суперпреференции: нам удалось обнаружить предложения лишь от 400 долларов на одноядерном AMD Sempron, – прим. ред.]
Вторую проблему мы стараемся освещать постоянно (последний раз – не далее как в LXF105). Теоретически, спящий [suspend] и ждущий [hibernate] режимы просты: в первом случае компьютер остается включенным, но останавливается жесткий диск и процессор; во втором содержимое ОЗУ записывается на винчестер, и компьютер выключается полностью. Исторически, отношения Linux с этими режимами как-то не складывались, но новейшие дистрибутивы научились беречь энергию (Ubuntu в некоторых ситуациях не справляется, но это поправимо). Если компьютер не желает переходить в ждущий режим, попробуйте специальный инструмент с http://suspend.sourceforge.net (в репозиториях Debian он называется Uswsusp). В большинстве случаев, этого будет достаточно.
Виртуализация нам поможет!
Core 2 Duo от Intel творит чудеса энергосбережения, отказавшись от гонки за тактовой частотой (расточительной с точки зрения расхода энергоресурсов) в пользу «медленной», но тщательно продуманной архитектуры. Одно из достоинств многоядерного процессора – возможность выключать ядра по отдельности. То есть, одно ядро может работать со 100%-ной загрузкой, а второе бездействовать. Расход энергии в этом случае меньше, чем при 50%-ной загрузке обоих ядер. Такой подход дает ОС определенную гибкость в распределении нагрузки – как только второе ядро понадобится, система включит и оптимально нагрузит его.
Как вам новый, неизбитый еще термин «агрессивная консолидация»? Об этом понятии заговорили после недавних исследований нагрузки компьютеров в серверных залах. Отдельные эксперты оценивают ее в среднем в 20 % от максимальной, пессимисты сходятся на 5 %, то есть 95 % времени мощные машины простаивают без дела.
Такое расточительство вызвано проблемами совместимости: если одно сертифицированное приложение взаимодействует с другим сертифицированным приложением, то, чтобы надежно «развести их по углам», принято запускать каждое из них на отдельном сервере. Другими словами, одна машина отводится под web-сервер, другая под базу данных, третья под почту, и так далее. Вот вам и перекос: если сервер баз данных трещит по швам, а web-сервер бездельничает, сбалансировать нагрузку невозможно.
Агрессивная консолидация означает помещение отдельных серверов на одну машину, что позволяет правильно распределять нагрузку. Встает вопрос сертификации приложений, и тут на сцену выходит виртуализация: установка нескольких систем на одной физической машине, но в полной изоляции друг от друга. Потеря производительности в этом случае минимальна, зато можно собрать на одном компьютере несколько полупраздных серверов. Стоит одной из виртуальных машин достичь пика производительности – милости просим на отдельную физическую машину.
Давайте подсчитаем возможную экономию. 10% компьютеров, работающих в дата-центрах Америки, в той или иной мере используются правительством США. То есть, из $4,5 млрд., расходуемых ежегодно на питание таких центров, $450 млн. – на совести правительства. Ликвидировав 80% машин за счет виртуализации, можно экономить ежегодно по $360 миллионов.
Альтернативный путь
Любопытная вещь происходит с дата-центрами: все они расположены в теплых областях планеты. Почти всегда это вызвано производственной необходимостью – в Калифорнии ведь засилье не только серверов, но и высокотехнологичных предприятий.
Экономически обоснованным может быть перемещение компьютеров туда, где не так жарко и не так много компаний, расталкивающих друг друга в борьбе за место. Интересно присмотреться к таким странам, как Канада и Исландия – вот уж где вволю места и прохлады. Сам климат этих стран может сыграть на стороне «зеленых». В Исландии еще и геотермальные ресурсы под рукой, а значит, серверная «ферма» теоретически может стать полностью энергоавтономной.
Создание все более мелких и легких чипов – бесспорно, выигрышное направление, но IBM избрала другой вариант: размещение всех серверов на единственной машине. Да, слово «мейнфрейм» снова актуально, и не только в речи персонажей фантастических фильмов. Такой компьютер представляет собой «черный ящик» – достаточно включить питание, все остальное действует автоматически. Распределение нагрузки происходит за счет виртуализации, которая для таких устройств является стандартом и позволяет запускать на одном компьютере сотни виртуальных машин.
Преимущества мейнфреймов общеизвестны и не меняются годами: они консолидируют ресурсы, их проще администрировать, поддержка и обслуживание не распыляются по разным машинам, подбор компонентов оптимален. Последнее, с точки зрения «зеленых» вычислений, особенно интересно. Любой сисадмин, колдующий над сборкой собственного серверного хозяйства из комплектующих разных производителей, сталкивается с проблемой охлаждения. При отсутствии твердого расчета, оно часто происходит неоптимально. С целостной системой типа «все в одном» такого не случится.
Есть много способов встать в ряды защитников природы, и новые технологии типа виртуализации снова переводят фокус на Linux, как на ОС, которая вкладывает орудие в руки сисадмина, а не заставляет сравнивать экономию от сбережения ресурсов с расходами на приобретение лицензий. Но «возврат к природе» для компьютерного парка означает примерно то же, что оздоровление домашнего хозяйства: никто не призывает отказаться от электрических ламп, 300-ваттных телевизоров, отгородиться от соседей средневековой изгородью и с утра до вечера лопатить компост. Даже незначительное изменение благотворно повлияет на окружающую природу и ваш кошелек.
Давайте беречь зеленый мир!
Имея сеть Linux-машин, можно добиться эффекта прямо сейчас – достаточно развернуть на всех машинах сети энергосберегающую политику. Чрезмерная агрессия ни к чему – начните, например, с отключения монитора после 5-минутного бездействия. Результат не заставит себя ждать – особенно в тех офисах, где пользователи имеют привычку оставлять мониторы включенными на ночь.
Некоторые компании, вовремя почуяв поворот в сторону «зеленой компьютеризации», предлагают устройства, обладающие минимальным
потреблением энергии. Британская фирма Boston, например, производит линейку климат-нейтральных серверов и рабочих станций. По
окончании срока службы Boston бесплатно принимает их обратно на
переработку.
Как видите, помочь зеленому миру не так уж трудно, и добиваться 100%-ного совершенства для этого вовсе не обязательно. Даже если вся ваша инфраструктура останется неизменной – просто подумайте о приобретении «зеленых» компьютеров на случай расширения: для начала это уже будет здорово, а там, глядишь, войдете во вкус. LXF
