Mesure et modélisation de l énergie logicielle

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1 Mesure et modélisation de l énergie logicielle Adel Noureddine, Romain Rouvoy, Lionel Seinturier Green Lille 29 novembre 2013

2 Plan Contexte! Problèmes et limitations! Mesure énergétique des logiciels avec Jalen! Benchmarking de la variation énergétique

3 Énergie, c est quoi le problème?

4 Prix du pétrole Energy Information Administration and Bureau of Labor Statistics, 2013

5 Consommation des TICs % Consommation électrique (GW) 2% Empreinte carbone (MtCO2e)

6 Consommation des TICs Consommation et empreinte x % 0 Consommation électrique (GW) Empreinte carbone (MtCO2e)

7 Il faut optimiser la consommation énergétique des ordinateurs et des logiciels.

8 Il faut optimiser la consommation énergétique des ordinateurs et des logiciels. Mesurer Optimiser

9 Ça n existe pas déjà?

10 Problèmes et limitations Mesure l énergie? Granularité Modification OS ou application Utilisation d un wattmètre Wattmètres Matérielle PowerScope Processus OS ptop Processus OS pour le réseau Energy Checker Code source Application Profilers OS Processus Profilers logiciels Code source Dépend du profiler

11 Problèmes et limitations Mesure l énergie? Granularité Modification OS ou application Utilisation d un wattmètre Wattmètres Matérielle PowerScope Processus OS ptop Processus OS pour le réseau Energy Checker Code source Application Profilers OS Processus Profilers logiciels Code source Dépend du profiler Idéal Code source

12 Mesure énergétique des logiciels! et ce que nous faisons avec!

13 Approches

14 Mesure du code source

15 Mesure du code source Application Matériel & OS

16 Mesure du code source Application Matériel & OS Utilisant des resources matériels

17 Mesure du code source Modèles énergétiques Consommation énergétique du matériel Application Matériel & OS Utilisant des resources matériels Documentation des fabricants

18 Mesure du code source Modèles énergétiques Utilisation des resources par le logiciel Consommation énergétique du matériel Application Matériel & OS Utilisant des resources matériels Documentation des fabricants

19 Mesure du code source Modèles énergétiques Utilisation des resources par le logiciel Utilisation des resources par le code source Consommation énergétique du matériel Application Matériel & OS Utilisant des resources matériels Documentation des fabricants

20 Mesure du code source Modèles énergétiques Consommation énergétique du process Utilisation des resources par le logiciel Utilisation des resources par le code source Consommation énergétique du matériel Application Matériel & OS Utilisant des resources matériels Documentation des fabricants

21 Mesure du code source Consommation énergétique du code source du logiciel Modèles énergétiques Consommation énergétique du process Utilisation des resources par le logiciel Utilisation des resources par le code source Consommation énergétique du matériel Application Matériel & OS Utilisant des resources matériels Documentation des fabricants

22 Benchmarking du code

23 Benchmarking du code Librairie logicielle

24 Benchmarking du code Librairie logicielle Détection des classes et méthodes de la librairie

25 Benchmarking du code Génération de benchmarks pour chaque méthode et paramètre Librairie logicielle Détection des classes et méthodes de la librairie

26 Benchmarking du code Exécution des benchmarks et mesure de l énergie avec Jalen Mesure niveau code source Génération de benchmarks pour chaque méthode et paramètre Librairie logicielle Détection des classes et méthodes de la librairie

27 Benchmarking du code Agrégation des résultats et génération du modèle énergétique Exécution des benchmarks et mesure de l énergie avec Jalen Mesure niveau code source Génération de benchmarks pour chaque méthode et paramètre Librairie logicielle Détection des classes et méthodes de la librairie

28 Jalen: mesure énergétique au niveau code source

29 Jalen architecture

30 Jalen architecture Machine virtuelle Java Application Java Matériel et OS

31 Jalen architecture Machine virtuelle Java Application Java Jalen Matériel et OS

32 Jalen architecture Consommation énergétique du code source du logiciel Machine virtuelle Java Application Java Jalen Matériel et OS

33 Échantillonnage statistique

34 Échantillonnage statistique Jalen Application Java Méthode 1 Méthode n

35 Échantillonnage statistique Jalen Application Java Méthode 1 Méthode n Données collectées : statistiques sur les méthodes, entrées/sorties, utilisation des APIs, etc.

36 Échantillonnage statistique Jalen Application Java Méthode 1 Méthode n Données collectées : statistiques sur les méthodes, entrées/sorties, utilisation des APIs, etc. Calculs et corrélation (collecte de mesures et modèles)

37 Échantillonnage statistique Jalen Application Java Méthode 1 Méthode n Données collectées : statistiques sur les méthodes, entrées/sorties, utilisation des APIs, etc. Calculs et corrélation (collecte de mesures et modèles) Consommation énergétique du code source du logiciel

38 Échantillonnage statistique Jalen Application Java Méthode 1 Méthode n Boucle de monitoring de l application Données collectées : statistiques sur les méthodes, entrées/sorties, utilisation des APIs, etc. Calculs et corrélation (collecte de mesures et modèles) Consommation énergétique du code source du logiciel

39 Échantillonnage statistique Jalen Application Java Méthode 1 Méthode n Boucle de monitoring de l application Boucle de monitoring au niveau code Données collectées : statistiques sur les méthodes, entrées/sorties, utilisation des APIs, etc. Calculs et corrélation (collecte de mesures et modèles) Consommation énergétique du code source du logiciel

40 Arbre d appels

41 Arbre d appels Méthode 1 Méthode 2

42 Arbre d appels Méthode 1 Méthode 2 Méthode 3 Méthode 4

43 Arbre d appels Méthode 1 Méthode 2 Méthode 3 Méthode 4 Méthode 5

44 Arbre d appels Méthode 1 Méthode 2 Méthode 3 Méthode 4 Méthode 5 Méthode JDK 1 Méthode JDK 2

45 Arbre d appels Méthode 1 Méthode 2 Résultats filtrées Méthode 3 Méthode 4 Méthode 5 Méthode JDK 1 Méthode JDK 2

46 Arbre d appels Méthode 1 Méthode 2 Méthode 3 Méthode 4 Méthode 5 Méthode JDK 1 Méthode JDK 2

47 Benchmarking du code :! Jalen Unit

48 Benchmarking du code Agrégation des résultats et génération du modèle énergétique Exécution des benchmarks et mesure de l énergie avec Jalen Jalen Génération de benchmarks pour chaque méthode et paramètre Librairie logicielle Détection des classes et méthodes de la librairie

49 Jalen Code source sur : github.com/adelnoureddine/jalen! Agent Java, utilisation : java -javaagent:jalen.jar -jar program.jar! Caractéristiques matérielles définies dans le fichier config.properties

50 Demo

51 Ce qu on fait avec Étudier l impact de l implémentation d algorithmes et de méthodes! Détecter où l énergie est consommée dans les logiciels et au niveau code source! Modéliser la variation énergétique des librairies à la suite de la modification des paramètres d entrées

52 Des graphes, des chiffres!

53 Tours de Hanoi: I/O - Print Avec print Sans Print Energie (joule)

54 Tours de Hanoi: I/O - Print Avec print Sans Print x Energie (joule)

55 Serveur web Jetty

56 Serveur web Jetty Nombre d invocations Nombre d'invocations Energie (joule) Energie (joule) 0 BlockingArrayQueue.poll JarFileResource.exists JarFileResource.newConnection ManagedSelector.select ChannelEndPoint.flush ServerConnector.accept ManagedSelector.wakeup ChannelEndPoint.shutdownOutput FileResource.normalizeURI FileResource.isDirectory 0

57 Énergie par invocation 0,6 0,45 Energie (joule) 0,3 0,15 0 BlockingArrayQueue.poll JarFileResource.exists JarFileResource.newConnection ManagedSelector.select ChannelEndPoint.flush ServerConnector.accept ManagedSelector.wakeup ChannelEndPoint.shutdownOutput FileResource.normalizeURI FileResource.isDirectory

58 Benchmarking de la variation énergétique

59 Algorithme de chiffrement RSA Energie (joule) Taille de la clé de chiffrement RSA

60 Algorithme de chiffrement RSA 1200 java.math.biginteger.oddmodpow java.math.biginteger.montreduce Autres 900 Energie (joule) Taille de la clé de chiffrement RSA

61 La méthode Joiner.join de Guava 4000 com.google.common.base.joiner$2.appendto 3000 Energie (joule) Nombre de chaînes de caractères

62 En conclusion Problématique de l énergie dans les logiciels! Modèles pour mesure la consommation au niveau le plus fin (application, code source)! Développement d un «microscope énergétique» : Jalen! Étude de la variation énergétique en utilisant des benchmarks avec Jalen Unit

63 Publications Adel Noureddine, Romain Rouvoy, and Lionel Seinturier. Inferring Automatically the Energy Consumption of Software Libraries. In Software Engineering Aspects of Green Computing track of the 29th Annual ACM Symposium on Applied Computing (SAC'14). Gyeongju, South Korea, March 2014.! Adel Noureddine, Aurélien Bourdon, Romain Rouvoy, and Lionel Seinturier. Runtime Monitoring of Software Energy Hotspots. In the 27th International Conference on Automated Software Engineering (ASE'12). Pages Essen, Germany, September Acceptance rate: 15%.! Adel Noureddine, Aurélien Bourdon, Romain Rouvoy, and Lionel Seinturier. A Preliminary Study of the Impact of Software Engineering on GreenIT. In the First International Workshop on Green and Sustainable Software (GREENS'12/ICSE'12). Zurich, Switzerland, June Acceptance rate: 41%.

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