E x p l o i t i n g C l a s s e s o f V i r t - PowerPoint PPT Presentation

E x p l o i t i n g C l a s s e s o f V i r t u a l M a c h i n e s f o r S c a l a b l e I a a S C l o u d M a n a g e me n t C . C a n a l i R . L a n c e l l o t t i D i p a r t i m e n t o d i I n g e g n e r i a “ E n z o F e r r a r i ” U n i v e r s i t à d i M o d e n a e R e g g i o E m i l i a N C C A 2 0 1 5 , M u n i c h , J u n e , 1 1 - 1 2 1

C h a l l e n g e s o f C l o u d c o mp u t i n g ● V i s i o n f r o m a I a a S p e r s p e c t i v e : → c o n t i n u o u s g r o w t h ● M o r e V M s , mo r e d a t a , . . . → M o r e d a t a c e n t e r s → L a r g e r d a t a c e n t e r s ● G 2 r o w t h b y 1 0 i n 1 5 y e a r s ● S c a l a b i l i t y p r o b l e ms d u e t o t h e i n f r a s t r u c t u r e s i z e : – M o n i t o r i n g o f s o m a n y V M s – M a n a g e m e n t o f i n f r a s t r u c t u r e → p l a c e m e n t o f V M s o v e r p h y s i c a l n o d e s N C C A 2 0 1 5 , M u n i c h , J u n e , 1 1 - 1 2 2

V M p l a c e me n t c h a l l e n g e s ● L a r g e n u mb e r o f V M s ● → M a n y p h y s i c a l n o d e s ● M u l t i p l e me t r i c s ● S a mp l i n g a t mu l t i p l e t i me s – C o m p l e m e n t a r y w o r k l o a d p a t t e r n s N C C A 2 0 1 5 , M u n i c h , J u n e , 1 1 - 1 2 3

V M p l a c e me n t c h a l l e n g e s ● L a r g e n u mb e r o f V M s ● → M a n y p h y s i c a l n o d e s ● M u l t i p l e me t r i c s ● S a mp l i n g a t mu l t i p l e t i me s – C o m p l e m e n t a r y w o r k l o a d p a t t e r n s ● → A h u g e , mu l t i d i me n s i o n a l T e t r i s g a me . . . N C C A 2 0 1 5 , M u n i c h , J u n e , 1 1 - 1 2 4

R e f e r e n c e s c e n a r i o N C C A 2 0 1 5 , M u n i c h , J u n e , 1 1 - 1 2 5

A s s u mp t i o n s ● V M p l a c e me n t : p e r i o d i c t a s k – We c o n s i d e r c o n s o l i d a t i o n w i n d o w o f 2 4 h o u r ● C l o u d p r o v i d e r h a s k n o w l e d g e o f V M s c l a s s e s – I n f o r m a t i o n f r o m P a a S / S a a S p r o v i d e r t o I a a S p r o v i d e r – e . g . , E l a s t i c m a p - r e d u c e , E l a s t i c l o a d b a l a n c e r – I a a S c a n m o n i t o r a n d c l a s s i f y V M s ( p r o p o s a l s a v a i l a b l e i n l i t e r a t u r e ) N C C A 2 0 1 5 , M u n i c h , J u n e , 1 1 - 1 2 6

C o n s o l i d a t i o n mo d e l s ● C o n s o l i d a t i o n mo d e l : – S o l u t i o n o f o p t i m i z a t i o n p r o b l e m – I n p u t : f u t u r e r e s o u r c e r e q u i r e m e n t s ( p e r - V M o r p e r - c l a s s ) , I n f r a s t r u c t u r e d e s c r i p t i o n ● A v a i l a b l e s o l u t i o n s : – M u l t i - d i m e n s i o n a l b i n p a c k i n g ( M B P ) – F i r s t F i t D e c r e a s i n g H e u r i s t i c ( F F D ) – s p e c i a l c a s e o f b i n p a c k i n g : w e c o n s i d e r o n l y o n e d i m e n s i o n – C l a s s - b a s e d p l a c e m e n t ( C B P ) N C C A 2 0 1 5 , M u n i c h , J u n e , 1 1 - 1 2 7

M u l t i - d i me n s i o n a l b i n p a c k i n g ● S i n g l e b i n - p a c k i n g p r o b l e m f o r w h o l e d a t a c e n t e r ● C l a s s e s o f V M s n o t c o n s i d e r e d ● M u l t i - d i me n s i o n a l p r o b l e m: – M u l t i p l e t i m e i n t e r v a l s – M u l t i p l e r e s o u r c e s N C C A 2 0 1 5 , M u n i c h , J u n e , 1 1 - 1 2 8

P r o b l e m f o r mu l a t i o n ● O b j e c t i v e f u n c t i o n : min ∑ n ∈ N O n M i n i mi z e n u mb e r o f n o d e s u s e d ● S u b j e c t t o : R e s o u r c e r e q u i r e m e n t 1 V M i n e x a c t l y ∑ n ∈ N I n,m = 1 ∀ m ∈ M o f V M m a t t i m e t o n e n o d e ∑ m ∈ M R m,t I n,m ≤ V n O n N o d e c a p a c i t y ∀ n ∈ N , ∀ t ∈ T c o n s t r a i n t I n,m ={ 0,1 } ∀ n ∈ N , ∀ m ∈ M O n ={ 0,1 } ∀ n ∈ N D e c i s i o n v a r i a b l e : N o d e i s o n / o f n A v a i l a b l e r e s o u r c e s o n n o d e n D e c i s i o n v a r i a b l e : V M m o n n o d e n N C C A 2 0 1 5 , M u n i c h , J u n e , 1 1 - 1 2 9

C o mp u t a t i o n a l c h a l l e n g e s ● N u mb e r o f n o d e c a p a c i t y c o n s t r a i n t s g r o w s w i t h : – N u m b e r o f n o d e s – N u m b e r o f t i m e i n t e r v a l s c o n s i d e r e d ● A d d r e s s i n g s c a l a b i l i t y p r o b l e ms : – Wa l l t i m e l i m i t o n o p t i m i z e r – R e d u c e n u m b e r o f t i m e i n t e r v a l s ( e . g . , i n s t e a d o f 5 m i n i n t e r v a l s c a n c o n s i d e r 1 h , 4 h , 1 2 h , 1 d . . . ) – U s e o f h e u r i s t i c s i n s t e a d o f o p t i m a l s o l u t i o n – S p e c i a l c a s e : i f o n l y o n e t i m e i n t e r v a l i s c o n s i d e r e d m u l t i - d i m e n s i o n a l b i n p a c k i n g → b i n p a c k i n g ( F F D ) N C C A 2 0 1 5 , M u n i c h , J u n e , 1 1 - 1 2 1 0

C l a s s - b a s e d V M p l a c e me n t ● B u i l d a s ma l l c o n s o l i d a t i o n s o l u t i o n ( B - b l o c k ) ● R e p l i c a t e s o l u t i o n a s a b u i l d i n g b l o c k ● S o l v e r e s i d u a l p r o b l e m ( E - B l o c k ) B u i l d i n g b l o c k s o l u t i o n ( B - b l o c k ) G l o b a l p r o b l e m R e s i d u a l p r o b l e m S o l u t i o n ( E - b l o c k ) N C C A 2 0 1 5 , M u n i c h , J u n e , 1 1 - 1 2 1 1

C l a s s - b a s e d V M p l a c e me n t ● A d d i t i o n a l i n p u t : → n u mb e r o f B - b l o c k s b ● C h o i c e : b = n . o f V M s i n c l a s s w i t h mi n i mu m c a r d i n a l i t y ● I mp a c t o f b → o p e n i s s u e ● T w o b i n p a c k i n g p r o b l e ms ( B - E - b l o c k s ) ● M a j o r d i me n s i o n a l i t y r e d u c t i o n N C C A 2 0 1 5 , M u n i c h , J u n e , 1 1 - 1 2 1 2

B - b l o c k p r o b l e m f o r mu l a t i o n ● O b j e c t i v e f u n c t i o n : min ∑ n ∈ N b O n M i n i m i z e n u m b e r o f S e t o f V M s n o d e s u s e d i n B - B l o c k ● S u b j e c t t o : R e s o u r c e r e q u i r e m e n t ∑ n ∈ N b I n ,m = 1 ∀ m ∈ M b f o r c l a s s c a t t i m e t ∑ c ∈ C ∑ m ∈ B c R c,t I n,m ≤ V n O n ∀ n ∈ N b , ∀ t ∈ T I n ,m ={ 0,1 } ∀ n ∈ N , ∀ m ∈ M b O n ={ 0,1 } ∀ n ∈ N b S e t o f V M C l a s s - b a s e d n o d e c l a s s e s S e t o f V M s c a p a c i t y c o n s t r a i n t o f c l a s s c i n B - B l o c k S e t o f N o d e s f o r B - B l o c k ● E - b l o c k p r o b l e m f o r mu l a t i o n i s s i mi l a r N C C A 2 0 1 5 , M u n i c h , J u n e , 1 1 - 1 2 1 3