Spectrum-based energy leak localization

Dissertação de Mestrado em Engenharia Informática

For the past few years, we have begun to witness an exponential growth in the inform ation and communication technologies (ICT) sector. While undoubtedly a milestone, all of this occurs at the expense of high energy costs needed to supply servers, data centers, and any use of computers. Associated with these high energy costs is the emission of greenhouse gases. These two issues have become major problems in society. The ICT sector contributes to 7% of the overall energy consumption, with 50% of the energy costs of an organization being attributed to the information technology (IT) departments. Most of the measures taken to address the high level of energy consumption have been on the hardware side. Although is the hardware that does consume energy, it is the software that operates that hardware. As a consequence, the software is the main responsible for the energy consumed by the hardware, very much like a driver that drives/operates a car influences drastically the fuel consumed by the car. This dissertation proposes and implements a methodology to analyze the software energy consumption. This methodology relates energy consumption to the source code of a soft ware application, so that software developers are aware of the energy footprint that he/she is creating with his/her application. The proposed technique interprets abnormal energy consumption as software faults, and adapts a well-known technique for locating faults on programs’s source code, to locate “energy faults”, that we name as “energy leaks”. This methodology has been fully implemented in a software framework that monitors the energy consumed by a software program and identifies its energy leaks, given its source code. Moreover, a list of problematic parts of the code is produced, thus, helping software developers identifying energy faults on their source code. We validate our findings by showing that our methodology can automatically find energy leaks in programs for which such leaks are known. With this results, one intends to provide help to the development phase and to gener ate more energy efficient programs that will have less energy costs associated with, while supporting practices that promote and contribute to sustainability.

Nos últimos anos, temos vindo a assistir a um crescimento exponencial no sector das tecnologias de comunicação e informação (TIC). Contudo, e apesar de, inquestionavelmente, se tratar um marco importante, tudo isto ocorre a` custa de altos gastos de energia necessários para alimentar servidores, centros de dados e qualquer uso de computadores. Paralelamente, associado aos altos custos de energia estão as emissões dos gases de efeito de estufa. Estas duas questões têm-se tornado grandes problemas da sociedade. O sector das TIC contribuí para 7% do consumo global de energia, o que representa, para o departamento de Tecnologias de Informação de uma organização, 50% de custos, associados, à energia. A maioria das medidas adotadas para resolver o nível elevado do consumo de energia, têm sido feitas do lado do hardware. Apesar de ser o hardware que consume energia efetivamente, é o software que opera esse hardware. Como consequência deste facto, o software é o maior responsável pela energia consumida pelo hardware, tal como um condutor que dirige/opera um carro influencia drasticamente o consumo de combustível de um carro. Esta dissertação propõe e implementa uma metodologia para analisar o consumo de energia por parte do software. Esta metodologia relaciona o consumo de energia com o código fonte de uma aplicação, permitindo que os desenvolvedores das aplicações estejam conscientes da pegada de energia que a sua aplicação está a ter. A técnica proposta interpreta um consumo de energia anormal como falhas no software, e adapta uma técnica de localização de falhas em código fonte bem conhecida, para localizar falhas de energia denominadas energy leaks. A metodologia foi implementada numa framework que monitoriza a energia consumida por uma aplicação e dado o seu código fonte, identifica as suas falhas energéticas. Como adição, uma lista das partes problemáticas do código é produzida, ajudando assim os desenvolvedores a identificar as falhas de energia no seu código. Validamos os nossos resultados mostrando que a nossa metodologia consegue automaticamente encontrar falhas de energia em programas para os quais essas falhas são conhecidas.

This work is funded by the ERDF through the Programme COMPETE and by the Portuguese Government through FCT - Foundation for Science and Technology, within projects: FCOMP-01-0124-FEDER-020484, FCOMP-01-0124-FEDER-022701, and grant ref. BI2-2013 PTDC/EIA-CCO/116796/2010.