Reducción de consumo energético en aplicaciones científicas para dispositivos móviles a través de refactorización de código fuente
La llegada de ambientes de cómputo que representan nuevos paradigmas de computación como los grid móviles y los clouds móviles, junto con el creciente número de dispositivos móviles con capacidades cada vez más potentes hace este tipo de dispositivos atractivos para los usuarios que ejecutan apli...
Guardado en:
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Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas
2017
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La llegada de ambientes de cómputo que representan nuevos paradigmas de computación
como los grid móviles y los clouds móviles, junto con el creciente número de dispositivos
móviles con capacidades cada vez más potentes hace este tipo de dispositivos
atractivos para los usuarios que ejecutan aplicaciones científicas y de HPC. Sin embargo,
los dispositivos móviles aún tienen capacidades limitadas en comparación con otros
dispositivos como PCs y sobre todo servidores, generando obstáculos para desarrollar
software que aproveche las mismas. Aúnmás importante a la hora de realizar desarrollos
móviles es tener en cuenta que los dispositivos móviles dependen de las baterías para su
suministro de energía, por lo que los usuarios descartan las aplicaciones que afectan significativamente
la duración de las mismas. Como resultado, aparece un nuevo requisito
no funcional al momento de desarrollar aplicaciones para dispositivosmóviles: consumo
energético.
Comúnmente, los desarrolladores no saben cuánta energía consumen los diferentes componentes
de hardware y el software. Entonces, a pesar de que estén capacitados para
desarrollar software, necesitan pautas y conocimientos específicos para desarrollar aplicaciones
eficientes energéticamente. Para atacar este problema, esta tesis de doctorado estudia
cómo reducir el consumo de energía en dispositivosmóviles a través de refactorización
de código fuente. Específicamente, investigamos este problema en el contexto de los
núcleos computacionales intensivos recurrentes en aplicaciones científicas pero sin dejar
de lado la posibilidad de extender los resultados a otras áreas. Particularmente, este estudio
conlleva a contribuciones no sólo en el desarrollo de software móvil, sino también
en el área de Green Computing.
Para lograr el objetivo de este trabajo primero debemos delimitar el estudio a un sistema
operativo (SO) específico y un lenguaje específico ya que el comportamiento energético
varía de acuerdo al SO, el lenguaje y el hardware, entre otras variables. Entonces, luego
de evaluar diferentes sistemas operativos y lenguajes, decidimos utilizar dispositivos
móviles Android –el sistema operativo móvil más popular a nivel mundial– y desarrollar
el estudio en Java, el lenguaje de alto nivel de Android. En un segundo paso, presentamos
los trade-off entre el esfuerzo de análisis y refactorización necesario frente a
la ganancia (en términos de energía) para cada refactorización, junto con el impacto en
el diseño de la aplicación generado por aplicar estos refactorings. Además, se analizan
los inconvenientes inherentes al uso de dispositivos móviles para la ejecución de códigos
computacionalmente intensivos, limitando la investigación a teléfonos inteligentes y tabletas.
La elección de Java, además, propicia el análisis del desempeño de los refactorings
en desarrollo de aplicaciones científicas que corren en servidores, donde el uso de Java es
altamente difundido.
En resumen, la evaluación del enfoque apunta a medir el consumo energético de diferentes
versiones de varios grupos de micro-benchmarks que representan operaciones
primitivas comunes en aplicaciones científicas. Basándonos en el análisis de estas evaluaciones
de micro-benchmarks derivamos guías de buenas prácticas para que los desarrolladores
puedan aplicar las abstracciones de programación más eficientes desde el punto
de vista energético en sus aplicaciones. Además, generamos guías prácticas para refactorizar
aplicaciones existentes, propiciando así una reducción en su consumo energético.
Finalmente, evaluamos y analizamos el impacto de tales refactorizaciones en aplicaciones
móviles con uso intensivo de CPU. En todos nuestros experimentos utilizamos variedad
de dispositivos móviles para obtener más generalidad al obtener los resultados ya que
el consumo energético de una operación puede variar de acuerdo al hardware de cada
dispositivo. Además, presentamos los resultados de los trabajos realizados sobre servidores
con la finalidad de comparar el impacto obtenido en los diferentes ambientes de
ejecución. |