Uso das características computacionais de regiões paralelas OpenMP para redução do consumo de energia

Abstract

Performance and energy consumption are fundamental requirements in computer systems. A very frequent challenge is to combine both aspects, searching to keep the high performance computing while consuming less energy. There are a lot of techniques to reduce energy consumption, but in general, they use modern processors resources or they require specific knowledge about application and platform used. In this work, we propose a performance analysis workflow strategy divided into two steps. In the first step, we analyze the parallel application behavior through the use of hardware counters that reflect CPU and memory usage. The goal is to obtain a per-region computing signature. The result of this first step is a configuration file that describes the duration of each region, their hardware counters, and source code identification. The second step runs the parallel application with different frequencies (low or high) according to the characterization obtained in the previous step. The results show a reduction of 1,89% in energy consumption for the Lulesh benchmark with an increase of 0,09% in runtime when we compare our approach against the governor Ondemand of the Linux Operating System.

Desempenho e consumo energético são requisitos fundamentais em sistemas de computação. Um desafio comumente encontrado é conciliar esses dois aspectos, buscando manter o mesmo desempenho, consumindo cada vez menos energia. Muitas técnicas possibilitam a redução do consumo de energia em aplicações paralelas, mas na maioria das vezes elas envolvem recursos encontrados apenas em processadores modernos ou um conhecimento amplo das características da aplicação e da plataforma alvo. Nesse trabalho propomos uma abordagem em formato de Workflow. Na primeira fase, o comportamento da aplicação paralela é investigado. A partir dessa investigação, a segunda fase realiza a execução da aplicação paralela com diferentes frequências (mínima e máxima) de processador, utilizando a caracterização das regiões, obtida na primeira fase da abordagem. Esse Workflow foi implementado em formato de biblioteca dinâmica, a fim de que ela possa ser utilizada em qualquer aplicação OpenMP. A biblioteca possui suporte as duas fases do Workflow, na primeira fase é gerado um arquivo que descreve as assinaturas comportamentais das regiões paralelas da aplicação. Esse arquivo é posteriormente utilizado na segunda fase, quando a biblioteca vai alterar dinamicamente a frequência de processador. O benchmark Lulesh é utilizado como cenário de testes da biblioteca, com isso o maior ganho obtido é a redução de 1,89% do consumo de energia. Esse ganho acarretou uma sobrecarga de 0,09% no tempo de execução. Ao comparar nossa técnica com a política de troca de frequência adotada pelo governor Ondemand do Sistema Operacional Linux, o ganho de 1,89% é significativo em relação ao benchmark utilizado, pois nele existem regiões paralelas de curta duração, o que impacta negativamente no overhead da operação de troca de frequência.