We aim to maximize the energy efficiency, gauged as average energy cost per job, in a large-scale server farm with various storage or/and computing components, which are modeled as parallel abstracted servers. Each server works in multiple power modes characterized by potentially different service and energy consumption rates. The heterogeneity of servers and multiple power modes significantly complicate the maximization problem, where optimal solutions are generally intractable. Relying on the Whittle relaxation technique, we resort to a near-optimal and scalable job-assignment policy. Under certain conditions including the assumption of exponentially distributed job sizes, we prove that our proposed policy approaches optimality as the size of the entire system tends to infinity; that is, it is asymptotically optimal. Nevertheless, we demonstrate by simulations that the effectiveness of our policies is not significantly limited by the conditions used for mathematical rigor and that our model still has wide practical applicability. In particular, the asymptotic optimality is very much relevant for many real-world large-scale systems with tens or hundreds of thousands of components, where conventional optimization techniques can hardly apply. Furthermore, for non-asymptotic scenarios, we show the effectiveness of the proposed policy through extensive numerical simulations, where the policy substantially outperforms all the tested baselines, and we especially demonstrate numerically its robustness against heavy-tailed job-size distributions.


翻译:我们的目标是在一个拥有各种储存或/和计算部件的大型服务器农场中,最大限度地提高能源效率,按每个工作的平均能源成本来衡量,每个服务器都具有各种储存或/和计算部件,以平行的抽象服务器为模型。每个服务器都以多种电力模式运作,其特点是服务率和能源消耗率可能不同。服务器和多种电力模式的不均匀性使最大化问题大为复杂化,而最佳解决办法通常难以解决。依靠惠特尔放松技术,我们采取近于最佳和可扩缩的工作分配政策。在某些条件下,包括假设成倍分布的工作规模,我们证明我们提出的政策是最佳的,因为整个系统的规模往往不尽相同;也就是说,每个服务器都以不同的方式运作。然而,我们通过模拟来证明,我们政策的有效性并不受到数学钻机所用条件的极大限制,我们的模式仍然具有广泛的实际适用性。特别是,从许多具有数十万个或数十万个组件的现实世界规模的系统,我们很难应用常规的优化技术来应用这些系统。此外,从不那么,对于广泛的模拟性的政策性,尤其是从大量模拟的模拟中展示了所有数字式的基线,我们所提议的政策的有效性。

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