Monitoring and control of distributed web services on cloud computing infrastructure

Abstract

This thesis concern two main research areas of distributed web services deployed on cloud computing infrastructure.The first part is about monitoring of cloud computing infrastructure. A novel general technique is used to infer relationships between different service components in a data center. This approach relies on a small set of fuzzy rules, produced by a hybrid genetic algorithm with high classification rate. Furthermore, the strength of detected dependencies is measured This approach can be a useful monitoring tool for administrators to obtain a clear view of what is happening in the underlying network. The second major problem is the automated resource control of consolidated web applications on cloud computing infrastructure. ACRA (Admission Control and Resource Allocation) is an autonomic modeling and control framework that provides accurate modeling, joint admission control and capacity allocation among different consolidated services on cloud computing data centers. The objective is to maximize the provider’s revenue (by maximizing admittance of customers to the provided service), while fulfilling QoS requirements. The second local level controller of the thesis is an autonomous modeling and control framework that solves admission control and resource allocation simultaneously in a unified way. In specific, a Linear Parameter Varying (LPV) state space model is adopted to capture the dynamic behavior of the underlying infrastructure. The operating conditions are determined according to an optimization criterion. A feasible operating point, which satisfies the desired QoS nominal values, is computed. The resulting stabilizing state feedback control law is an affine state-dependent control law that can be easily implemented. The computational complexity of the controller implementation is small, since at every time instant only a linear program and a point location problem are solved. Finally, convergence to the feasible operating point and satisfaction of the system’s constraints are guaranteed, for a number of desired operating points of interest.

Στη παρούσα διδακτορική διατριβή δύο ερευνητικά θέματα επιλύονται. Αρχικά αναπτύσσεται μια τεχνική παρακολούθηση της δικτυακής κίνησης με σκοπό την εύρεση λειτουργικών σχέσεων μεταξύ των διάφορων μερών μιας δικτυακής εφαρμογής. Στο δεύτερο μέρος επιλύεται το πρόβλημα της αυτοματοποιημένη διανομής των πόρων σε δικτυακές εφαρμογές που μοιράζονται ένα κοινό περιβάλλον Υπολογιστικής Αρχιτεκτονικής Νέφους ΥΑΝ. Στόχος του πρώτου κεφαλαίου της διατριβής σε σχέση με την υπάρχουσα βιβλιογραφία είναι η δημιουργία ενός εργαλείου ανάλυσης της δικτυακής κίνησης έτσι ώστε να γίνονται κατανοητές οι λειτουργικές σχέσεις μεταξύ μερών των κατανεμημένων δικτυακών υπηρεσιών. Ο γράφος υπηρεσιών είναι πρωτεύον εργαλείο για πολλές εργασίες ενός διαχειριστή που εντάσσονται στο πεδίο της ανάλυσης της απόδοσης και της ανάλυσης των αιτίων σφαλμάτων. Για παράδειγμα η ανίχνευση λανθασμένων εγκαταστάσεων ή διαδικτυακών επιθέσεων και ο σχεδιασμός για την επέκταση η μετατροπή των ΥΑΝ υποδομών. Το δεύτερο μέρος της παρούσας διατριβής ασχολείται με το θέμα της αυτοματοποιημένης κατανομής των υπολογιστικών πόρων ενός υπολογιστικού κέντρου ΥΑΝ σε ένα σύνολο εγκατεστημένων δικτυακών εφαρμογών. Παρουσιάζονται δυο διαφορετικοί ελεγκτές πόρων του συστήματος. Το ΕΑΚΠ (έλεγχος αποδοχής και κατανομή πόρων) είναι ένα αυτόνομο πλαίσιο (framework) μοντελοποίησης και ελέγχου, το οποίο παρέχει ακριβή μοντέλα και λύνει ενοποιημένα τα προβλήματα ΕΑ (έλεγχος αποδοχής) και ΚΠ (κατανομή Πόρων) των δικτυακών εφαρμογών που είναι συγκεντρωμένες σε υπολογιστικά κέντρα ΥΑΝ. Στόχος του ΕΑΚΠ είναι να μεγιστοποιεί την είσοδο των αιτήσεων των χρηστών στη παρεχόμενη υπηρεσία εκπληρώνοντας παράλληλα και τις προδιαγεγραμμένες απαιτήσεις ΠΥ (Ποιότητα Υπηρεσίας).Ο δεύτερος τοπικός ελεγκτής που παρουσιάζεται σε αυτή τη διατριβή είναι ένα αυτόνομο πλαίσιο μοντελοποίησης και ελέγχου κατανεμημένων δικτυακών εφαρμογών σε περιβάλλον ΥΑΝ, το οποίο λύνει συγχρόνως τα προβλήματα ΕΑ και ΚΠ με ενιαίο τρόπο.