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Änderung am Linux-Kernel 30 Codezeilen schmelzen 30 Prozent des Datacenter-Strombedarfs ein

Quelle: Pressemitteilung Cheriton School of Computer Science 2 min Lesedauer

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Forscher an der Cheriton School of Computer Science, Waterloo-Universität, haben eine kleine Änderung am Linux-Kernel entwickelt, die den Energieverbrauch in Rechenzentren um bis zu 30 Prozent senken könnte.

Der Pinguin „Tux“ wurde 1996 von Larry Ewing entworfen, basierend auf einer Idee von Linus Torvalds, dem Erfinder von Linux. Er repräsentiert das Open-Source-Betriebssystem. Würde dennen Innerstes, der Linux-Kernel umgestellt, bekäme das System mehr Leistung und wäre Energie-effizienter.(Bild: Dall-E / KI-generiert)
Der Pinguin „Tux“ wurde 1996 von Larry Ewing entworfen, basierend auf einer Idee von Linus Torvalds, dem Erfinder von Linux. Er repräsentiert das Open-Source-Betriebssystem. Würde dennen Innerstes, der Linux-Kernel umgestellt, bekäme das System mehr Leistung und wäre Energie-effizienter.
(Bild: Dall-E / KI-generiert)

Die Entwicklung an der University of Waterloo hat das Potenzial, die Umweltauswirkungen von Rechenzentren erheblich zu verringern. Rund 4 Prozent des täglichen Energieverbrauchs in Deutschland auf die Datenverarbeitung in Rechenzentren entfallen (siehe: „D-Datacenter - Status Quo, Zukunft, Selbstkritik und Handlungsbedarf, Das BMWK-Gutachten zu Rechenzentren in Deutschland“. Unter anderem wird nahezu der gesamte Internet-Verkehr über Datacenter geleitet, von denen die meisten das Open-Source-Betriebssystem Linux verwenden.

„Die Informationen kommen in 'Paketen' in den Rechenzentren an, und das Frontend des Rechenzentrums, eine Art Empfangsdame an der Rezeption, entscheidet, wohin diese Pakete geschickt werden sollen", erläutert Martin Karsten, Professor für Informatik an der Cheriton School of Computer Science.

Professor Karsten und sein ehemaliger Masterstudent Peter Cai haben nicht nur festgestellt, dass die Verarbeitung des Netzwerkverkehrs bei kommunikationsintensiven Serveranwendungen ineffizient ist, sondern auch, dass sich mithilfe einer kleine Änderung am Netzwerk-Stack des Linux-Kernels sowohl die Leistung als auch die Energie-Effizienz steigern lässt.

Neuordnung, kein Hinzufügen

Die erstmals im Jui 2024 auf der italienischen Veranstaltung ACM Sigmetrics vorgestellte Forschungsarbeit schlägt vor, die Operationen innerhalb des Linux-Networking-Stacks neu anzuordnen. Untersuchungen von KArten und CAi zeigen, dass diese Änderung den Durchsatz in einigen Situationen um bis zu 45 Prozent, ohne die Latenzzeit zu beeinträchtigen.

Martin Karsten ist Professor in der Gruppe Systeme und Netze an der Cheriton School of Computer Science, wo er auch als stellvertretender Direktor tätig ist. Er hat einen Doktortitel (Dr.-Ing.) der Technischen Universität Darmstadt und einen Universitätsabschluss (Diplom-Wirtschaftsinformatiker) der Universität Mannheim. (Bild: Cheriton School of Computer Science)
Martin Karsten ist Professor in der Gruppe Systeme und Netze an der Cheriton School of Computer Science, wo er auch als stellvertretender Direktor tätig ist. Er hat einen Doktortitel (Dr.-Ing.) der Technischen Universität Darmstadt und einen Universitätsabschluss (Diplom-Wirtschaftsinformatiker) der Universität Mannheim.
(Bild: Cheriton School of Computer Science)

„Wir haben nichts hinzugefügt“,betont Professor Karsten. „Wir haben nur neu geordnet, was wann gemacht wird, was zu einer viel besseren Nutzung der CPU-Caches des Rechenzentrums führt.“ Das sei in etwa so, als würde man die Anordnung in einer Produktionsstätte umstellen, damit sich nicht ständig Leute gegenseitig behindern.

Das es eine Sache ist, eine Verbesserung vorzuschlagen, aber eine ganz andere, sie von der Industrie übernehmen zu lassen, hat sich Professor Karsten nun mit Joe Damato, einem Ingenieur bei Fastly (siehe: „Fast, faster, Fastly! Mithilfe von Wasm wächst die schnellste Cloud der Welt“, zusammengetan, um einen kleinen Codeabschnitt zu entwickeln - eine unauffällige Kernel-Änderung von nur 30 Zeilen -, der die Verarbeitung des Netzwerkverkehrs von Linux verbessern würde. „Wenn die neue Methode angewandt wird, könnte sie den Energieverbrauch wichtiger Rechenzentrumsoperationen um bis zu 30 Prozent senken“, sagt Professor Karsten.

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