CIパイプラインのエネルギー消費：持続可能なDevOpsに向けた考察

Konsep Inti

CIパイプラインは、個々の実行ではエネルギー消費量が比較的少ないものの、頻繁な実行により、集積すると無視できないエネルギー消費量となり、持続可能なソフトウェア開発のためには、その影響を意識し、対策を講じる必要がある。

Abstrak

書誌情報
Perez, Q., Lefeuvre, R., Degueule, T., Barais, O., & Combemale, B. (2024). Software Frugality in an Accelerating World: the Case of Continuous Integration. arXiv preprint arXiv:2410.15816v1.
研究目的
本研究は、GitHubでホストされているJavaプロジェクトにおけるCIパイプラインのエネルギー消費を大規模に分析し、その環境への影響を明らかにすることを目的とする。
方法論

GitHub APIを用いて、スター数100以上のJavaプロジェクトから、GitHub Actionsワークフローとビルドマネージャー（GradleまたはMaven）を使用する396件のリポジトリを抽出。
抽出したリポジトリから838件のGitHubパイプラインを、測定用のサーバー上でローカルに実行し、電力計SmartWattsを用いてエネルギー消費量を測定。
各パイプラインの実行履歴をGitHub APIから取得し、実行回数とトリガーの種類を分析。
測定されたエネルギー消費量とCO2排出量を、地域別の電力使用によるCO2排出係数を用いて算出。
主な結果

個々のワークフロー実行の平均エネルギー消費量は10.2 Whと比較的低いが、実行回数を考慮すると、プロジェクトあたりの平均エネルギー消費量は22 kWhに達する。
パイプラインのトリガーイベントとして、プルリクエスト、プッシュイベント、スケジュールされたビルドが頻繁に使用されており、エネルギー消費量増加の一因となっている。
地域別のCO2排出係数を考慮すると、CIパイプラインのCO2排出量は地域によって大きく異なり、世界平均ではプロジェクトあたり平均10.5 kgのCO2が排出される。
結論
CIパイプラインのエネルギー消費量は、個々の実行ではわずかだが、頻繁な実行により集積すると無視できないレベルに達する。持続可能なソフトウェア開発のため、開発者はCIパイプラインのエネルギー消費量を意識し、実行回数を減らすなど、その影響を軽減する対策を講じる必要がある。
意義
本研究は、これまで見過ごされてきたCIパイプラインのエネルギー消費とその環境影響を明らかにした点で意義深い。ソフトウェア開発におけるエネルギー消費の可視化と削減に向けた取り組みを促進する上で重要な知見を提供している。
制約と今後の研究

本研究は、GitHubでホストされているJavaプロジェクトに限定して分析を行っており、他のプログラミング言語やプラットフォームにおけるCIパイプラインのエネルギー消費については今後の研究課題である。
データセンターのエネルギー効率は、一般的なサーバー機よりも高いため、実際のCI環境におけるエネルギー消費量は、本研究の結果よりも低い可能性がある。
今後は、CIパイプラインのエネルギー消費量を削減するための具体的な手法やツールの開発、開発者への意識向上に向けた取り組みが必要となる。

Statistik

個々のワークフロー実行の平均エネルギー消費量は10.2 Wh。
100 Whを超えるエネルギーを消費するパイプラインは20件あり、最大で703 Whを消費する。
ワークフローあたりの平均実行回数は350回、中央値は113回。
プロジェクトあたりの平均エネルギー消費量は22,275.4 Wh。
フランスのCO2排出係数は68 gCO2/kWh。
ヨーロッパのCO2排出係数は251 gCO2/kWh。
アメリカのCO2排出係数は190 gCO2/kWh。
世界のCO2排出係数は475 gCO2/kWh。
プロジェクトあたりの平均CO2排出量は10.5 kg。

Wawasan Utama Disaring Dari

Software Frugality in an Accelerating World: the Case of Continuous Integration

by Quentin Pere... pada arxiv.org 10-22-2024

https://arxiv.org/pdf/2410.15816.pdf

Pertanyaan yang Lebih Dalam

CIパイプラインのエネルギー消費量を削減するために、どのような技術的対策が考えられるか？例えば、パイプラインの実行環境の最適化、テストの効率化、不要な実行の抑制など、具体的な方法とその効果について考察する。

CIパイプラインのエネルギー消費量削減は、持続可能なソフトウェア開発には欠かせない要素です。 実行環境の最適化、テストの効率化、不要な実行の抑制といった多角的なアプローチが考えられます。
1. 実行環境の最適化:

仮想マシン/コンテナサイズの最適化: パイプラインのジョブに必要以上のリソースを割り当てていませんか？ ジョブに必要なCPU、メモリ、ディスク容量を分析し、適切なサイズの仮想マシンやコンテナを選択することで、エネルギー消費量を大幅に削減できます。
省電力なハードウェアの利用: パイプライン実行に使用するサーバーやデータセンターのハードウェアを、よりエネルギー効率の高い最新のものに更新することも有効です。
サーバーレスアーキテクチャの導入: AWS Lambda, Google Cloud Functions, Azure Functions などのサーバーレスプラットフォームは、必要な時だけリソースを起動するため、アイドル状態のサーバーをなくし、エネルギー消費量を大幅に削減できます。
2. テストの効率化:

テストの並列化: テストの実行を並列化することで、全体の処理時間を短縮し、エネルギー消費量を削減できます。 CIプラットフォームの並列実行機能や、テストツール自体が持つ並列実行機能を活用しましょう。
テストの選択と優先順位付け: 全てのテストを毎回実行する必要はありません。 変更内容に影響を受ける可能性のあるテストだけを選択的に実行する、あるいは重要なテストを優先的に実行することで、全体のテスト時間とエネルギー消費量を削減できます。
キャッシングの活用: テストに必要な依存関係やビルド結果をキャッシングすることで、重複する処理を減らし、エネルギー消費量を削減できます。 CIプラットフォームのキャッシュ機能や、ビルドツールが持つキャッシュ機能を活用しましょう。
3. 不要な実行の抑制:

トリガーの最適化: CIパイプラインの実行トリガーを、コミット時、プルリクエスト時、マージ時など、必要なタイミングのみに設定することで、不要な実行を抑制できます。
ブランチ戦略とCI/CDパイプラインの連携: 開発ブランチ、ステージングブランチ、本番ブランチなど、ブランチ戦略とCI/CDパイプラインを適切に連携させることで、特定のブランチへの変更時のみ必要なパイプラインを実行するように設定できます。
パイプライン実行の条件分岐: コードの変更内容や、その他の条件に基づいて、パイプラインの実行を動的に制御することも有効です。 例えば、特定のディレクトリ内のファイル変更時のみパイプラインを実行する、特定の条件を満たす場合のみ特定のジョブを実行する、といった制御が考えられます。
これらの技術的対策の効果は、プロジェクトの規模や特性、CI環境によって異なります。 重要なのは、現状を分析し、適切な対策を組み合わせることで、最大の効果を得ることです。

CIパイプラインのエネルギー消費量を意識したソフトウェア開発を促進するために、開発者や組織に対してどのようなインセンティブを与えることができるか？経済的なメリット、環境負荷の可視化、評価指標への組み込みなど、多角的な視点から検討する。

CIパイプラインのエネルギー消費量を意識した開発を促進するには、開発者や組織への効果的なインセンティブが不可欠です。経済的なメリット、環境負荷の可視化、評価指標への組み込みといった多角的なアプローチによって、意識改革と行動変容を促すことができます。
1. 経済的なメリット:

エネルギー消費量に応じた課金システム: 組織内でCI/CDプラットフォームを利用する際に、エネルギー消費量に応じた課金システムを導入することで、開発チームはコスト意識を持ってパイプラインの設計・運用に取り組むようになります。
省エネなパイプラインに対する報奨金制度: エネルギー消費量削減に貢献したチームや個人に対して、報奨金や表彰制度を設けることで、モチベーション向上と競争意識を促進できます。
グリーンIT投資への税制優遇: 企業がグリーンITに関連する技術やサービスに投資する場合、税制優遇措置を設けることで、企業の投資を促進し、市場全体の活性化を図ることができます。
2. 環境負荷の可視化:

CI/CDプラットフォームへのエネルギー消費量ダッシュボードの導入: パイプラインの実行時間、消費電力、CO2排出量などをリアルタイムに可視化するダッシュボードをCI/CDプラットフォームに導入することで、開発者は自身の行動が環境に与える影響を具体的に把握できます。
ゲーミフィケーションの活用: エネルギー消費量削減を競うゲーム要素を取り入れた開発コンテストや、省エネに貢献した開発者にバッジを付与するなど、ゲーミフィケーション要素を取り入れることで、開発者のモチベーション向上と継続的な意識向上を図ることができます。
環境負荷に関する教育プログラムの実施: 開発者向けに、ソフトウェア開発におけるエネルギー消費問題や、環境負荷を低減するための具体的な方法に関する教育プログラムを実施することで、意識改革とスキルアップを促進できます。
3. 評価指標への組み込み:

CIパイプラインのエネルギー効率を評価指標に追加: パイプラインの実行速度や安定性だけでなく、エネルギー効率も重要な評価指標として設定することで、開発チームはエネルギー消費量を意識したパイプライン設計・運用に取り組むようになります。
サステナビリティを考慮した開発プロセス: ソフトウェア開発のライフサイクル全体を通して、エネルギー効率を考慮した設計、開発、テスト、デプロイ、運用を行うためのガイドラインやベストプラクティスを策定し、組織全体に浸透させることが重要です。
外部機関による認証制度: エネルギー効率の高いCIパイプラインに対して、外部機関による認証制度を設けることで、企業のブランドイメージ向上と、市場における競争優位性を確保することができます。
これらのインセンティブを組み合わせることで、開発者と組織はCIパイプラインのエネルギー消費量削減に積極的に取り組むようになり、持続可能なソフトウェア開発を促進することができます。

ソフトウェア開発におけるエネルギー消費は、地球環境問題の一環として捉えることができる。持続可能な社会を実現するために、ソフトウェア開発者はどのような責任を果たすべきか？倫理的な観点、技術的な課題、社会的な影響力などを考慮し、将来展望を議論する。

ソフトウェア開発は、もはや単なるコードを書く作業ではなく、地球全体のエネルギー消費や環境問題に深く関わる責任を伴うようになりました。持続可能な社会を実現するために、ソフトウェア開発者は倫理的な観点、技術的な課題、社会的な影響力を考慮し、主体的かつ責任ある行動を取ることが求められます。
1. 倫理的な観点:

環境負荷に対する意識改革: ソフトウェア開発者は、自身の仕事が環境に与える影響を深く理解し、エネルギー消費量削減を常に意識した開発スタイルを身につける必要があります。
倫理規定の策定: ソフトウェア開発における倫理的な側面を明確化し、環境負荷を最小限に抑えるための行動規範を定めた倫理規定を策定し、開発チーム全体で共有することが重要です。
透明性と説明責任: 開発するソフトウェアのエネルギー消費量に関する情報を公開し、ユーザーや社会全体に対して説明責任を果たすことが求められます。
2. 技術的な課題:

エネルギー効率の高いアルゴリズムとデータ構造の採用: 処理速度だけでなく、エネルギー消費量も考慮したアルゴリズムやデータ構造を選択することで、ソフトウェア全体のエネルギー効率を向上させることができます。
省電力なプログラミング言語やフレームワークの利用: エネルギー効率の高いプログラミング言語やフレームワークを選択することで、開発効率を維持しながらエネルギー消費量を削減できます。
グリーンなソフトウェア開発ツールの活用: エネルギー消費量を計測・分析できる開発ツールや、省電力な設定を自動的に適用してくれるツールを活用することで、効率的にエネルギー消費量を削減できます。
3. 社会的な影響力:

ユーザーへの啓蒙活動: ソフトウェア開発者は、ユーザーに対してエネルギー消費量削減の重要性を啓蒙し、省電力な使い方を促進する責任があります。例えば、ソフトウェアの利用状況に応じて省電力モードを推奨する、エネルギー消費量に関するフィードバックを提供するなどの方法が考えられます。
政策提言と標準化活動: ソフトウェア開発におけるエネルギー効率に関する基準やガイドラインの策定、関連する政策提言、国際的な標準化活動に積極的に参加することで、業界全体で持続可能な開発を推進していくことができます。
次世代の育成: 次世代のソフトウェア開発者に対して、環境問題に対する意識を高め、持続可能な開発手法を習得させるための教育プログラムの開発や、コミュニティ活動への貢献が重要です。
将来展望:
今後、IoTやAIの普及により、ソフトウェアが関わる領域はますます拡大し、エネルギー消費量は増加の一途をたどると予想されます。ソフトウェア開発者は、地球全体の持続可能性を左右する重要な役割を担っているという自覚を持ち、倫理的な行動規範に基づいた技術開発と社会貢献活動を通じて、より良い未来を創造していく責任があります。