Midgard, neues Paradigma für Rechenzentren
Da Big Data, das von KI bis hin zum Internet der Dinge genutzt wird, unser modernes Leben zunehmend dominiert, hat Cloud Computing massiv an Bedeutung gewonnen. Es stützt sich stark auf die Verwendung von virtuellem Speicher, wobei ein Datenserver viele Dienste für viele verschiedene Kunden gleichzeitig ausführt und virtuellen Speicher verwendet, um diese Dienste zu verarbeiten und die Daten jeder Kundin und jedes Kunden vor den anderen zu schützen.
Die Art und Weise, wie dieser virtuelle Speicher eingesetzt wird, stammt jedoch aus den 1960er Jahren, und die Tatsache, dass die Speicherkapazität immer grösser wird, beginnt tatsächlich, die Dinge zu verlangsamen. Zum Beispiel verbringen Rechenzentren, die Dienste wie soziale Netzwerke oder Geschäftsanalysen anbieten, mehr als 20 % ihrer Verarbeitungszeit mit virtuellem Speicher und Schutzprüfungen. Das bedeutet, dass jeder Gewinn in diesem Bereich einen enormen Effizienzgewinn darstellt.
Jetzt haben Forschende, die mit dem Ecocloud Center for Sustainable Cloud Computing der EPFL zusammenarbeiten, Midgard entwickelt, einen Software-modellierten Prototyp, der den Nachweis eines Konzepts zur erheblichen Steigerung der Servereffizienz erbringt. Ihr Forschungspapier «Rebooting Virtual Memory with Midgard» wurde soeben auf der ISCA'21, der weltweit führenden Konferenz für Computerarchitektur, vorgestellt und ist der erste von mehreren Schritten zur Demonstration eines voll funktionsfähigen Systems.
«Midgard ist eine Technologie, die es ermöglicht, die Speicherkapazität zu erhöhen und gleichzeitig die Sicherheit der Daten jedes Nutzenden in den Cloud-Diensten zu gewährleisten», erklärt Professor Babak Falsafi, Gründungsdirektor des Ecocloud Centers und einer der Autoren der Arbeit. «Mit Midgard werden die wichtigen Daten-Suchvorgänge und Schutzprüfungen direkt im On-Chip-Speicher und nicht im virtuellen Speicher durchgeführt, wodurch ein Grossteil der traditionellen Hierarchie von Suchvorgängen und Übersetzungen entfällt, was zu einem Nettogewinn an Effizienz führt, selbst wenn mehr Speicher eingesetzt wird», so Falsafi weiter.
In kürzlich durchgeführten Tests blieb das Midgard-System bei niedrigen Lasten 5 % hinter der Standardleistung zurück, aber bei einer Last von 256 MB aggregiertem grossem Cache konnte es traditionelle Systeme in Bezug auf den virtuellen Speicher-Overhead übertreffen.
Ein herausragendes Merkmal der Midgard-Technologie ist, dass sie zwar einen Paradigmenwechsel darstellt, aber mit bestehenden Betriebssystemen wie Windows, MacOS und Linux kompatibel ist. Zukünftige Arbeiten werden sich mit dem breiten Spektrum an Themen befassen, die zur Realisierung von Midgard in realen Systemen notwendig sind, wie z.B. Kompatibilitätsentwicklung, Paketierungsstrategien und Wartungspläne.
