Τεχνολογίες υπολογιστικού νέφους με έμφαση στη δυναμική αξιολόγηση των παρεχόμενων υπηρεσιών με βάση την ανάλυση της απόδοσης των εφαρμογών και της συγκριτικής αξιολόγησης

Abstract

Cloud services have emerged as an innovative IT provisioning model in the recent years. However, after their usage severe considerations have emerged with regard to their varying performance due to multitenancy and resource sharing issues. These issues make it very difficult to provide any kind of performance estimation during application design or deployment time. In that frame and considering the heterogeneous technology offer and the pricing models currently available in the cloud market a novel mechanism for finding the deployment that fits the application requirements and provides the best Quality of Service (QoS) and cost trade-offs is presented. Based on this a complete definition of cloud performance is presented and various relative subjects are analysed such as the benchmarking of Cloud Providers and the application computational analysis. This thesis focuses on the performance of Cloud services and seeks to introduce and analyze innovative mechanisms for the effective selection of a cloud provider that offers the best environment to host an arbitrary application in terms of performance and cost. On the one hand, the way in which a migrated application component uses the available computing resources may not be known and it might be difficult to choose the best Cloud provider for the component. On the other hand, are Cloud providers interested in knowing the application types that run in their data center in order to avoid interference effects oc concurrently running VMs on performance. So, the current thesis addresses these issues by presenting the mechanisms and methods which identify the computational profile of an arbitrary application component, classify it according to a known limited number of application categories, each represented by a relevant benchmark and provide the best matching with a cloud service solution in terms of performance and cost.Consequently, the experimental results are provided that demonstrate and evaluate the performance and effectiveness of the proposed mechanism for two real application scenarios. Given the experimental results, it appears that the mechanism maps the application profile to a predefined benchmark category and as a result defines the concrete cloud service taking into account the user preferences in terms of performance and cost. The experiments showed promising results and therefore the performance of the mechanism is considered to be well established allowing the adoption of it as a cloud service that seeks to bring QoS knowledge.In addition, the thesis presents a combined methodology which provides an integrated solution for the design and the migration of enterprise applications to Cloud, proving that our innovative mechanism can work complementary with analytical modeling and desing space exploration approaches.Furthermore, the thesis analyzes the performance interference between concurrently running virtual resources and applications in Clouds environments. The same set of application benchmarks as used for Cloud Providers’ benchmarking is chosen that depicts characteristic usage of the hardware resources and the degradation of their performance is measured due to interference effects of concurrently running VM in the same physical host. The outcomes of this experimental process can be used by Cloud Providers as a priori knowledge of theoverhead inserted by the execution of a specific task combination on a physical host.

ΠερίληψηΟι υπηρεσίες του Νέφους έχουν αναδειχθεί ως ένα καινοτόμο μοντέλο στην Πληροφορία της Τεχνολογίας τα τελευταία χρόνια. Ωστόσο, μετά την εκτεταμένη χρήση τους σοβαρά ζητήματα έχουν προκύψει σε σχέση με τη διακύμανση της επίδοσής τους λόγω της πολλαπλής μίσθωσης (multi-tenancy) και της κατανομής των πόρων. Τα ζητήματα αυτά, καθιστούν πολύ δύσκολη την παροχή κάθε είδους εκτίμησης των επιδόσεων κατά τη διάρκεια του σχεδιασμού ή της εγκατάστασης της εφαρμογής. Σε αυτό το πλαίσιο και λαμβάνοντας υπόψη τις ετερογενείς προσφορές και τα μοντέλα τιμολόγησης που διατίθενται σήμερα στην αγορά του Νέφους, παρουσιάζουμε ένα καινοτόμο μηχανισμό για την εύρεση της κατάλληλης υπηρεσίας που ταιριάζει στις απαιτήσεις της εφαρμογής και παρέχει την καλύτερη Ποιότητα Υπηρεσιών (QoS) σε συνδυασμό με το κόστος. Βάσει αυτού παρέχεται ένας πλήρης ορισμός της απόδοσης στο Υπολογιστικό Νέφος και αναλύονται σχετικά θέματα, όπως η εφαρμογή της μεθόδου της Συγκριτικής Αξιολόγησης στους Παρόχους του Νέφους αλλά και η υπολογιστική ανάλυση των εφαρμογών.Αυτή η διατριβή εστιάζει στην μελέτη της απόδοσης των υπηρεσιών του Νέφους και επιδιώκει να εισαγάγει και να αναλύσει καινοτόμους μηχανισμούς για την αποτελεσματική επιλογή ενός Παρόχου Νέφους που προσφέρει το καλύτερο περιβάλλον όσον αφορά στην απόδοση και στο κόστος για να φιλοξενηθεί μια αυθαίρετη εφαρμογή.Από τη μία πλευρά, ο τρόπος με τον οποίο μία εφαρμογή χρησιμοποιεί τους διαθέσιμους υπολογιστικούς πόρους ίσως να μην είναι γνωστός, γεγονός που καθιστά δύσκολη την επιλογή του κατάλληλου παρόχου. Από την άλλη πλευρά, είναι πολύ πιθανό οι πάροχοι του Νέφους να ενδιαφέρονται να γνωρίζουν τους τύπους των εφαρμογών που φιλοξενούνται στα data centers τους, προκειμένου να αποφεύγονται οι ανεπιθύμητες παρεμβολές στην απόδοση εξαιτίας της ταυτόχρονης εκτέλεσης των εικονικών μηχανών σε ένα φυσικό κόμβο. Η παρούσα διατριβή πραγματεύεται τα θέματα αυτά με την παρουσίαση ενός μηχανισμού και των κατάλληλων μεθόδων που προσδιορίζουν το υπολογιστικό προφίλ μιας αυθαίρετης εφαρμογής, το κατατάσσουν σύμφωνα με ένα περιορισμένο αριθμό γνωστών benchmark εφαρμογών σε μία τυπική κατηγορία εφαρμογών και παρέχουν την καλύτερη αντιστοίχιση του με μία υπηρεσία του Νέφους ως προς την επίδοση και το κόστος.Τα πειραματικά αποτελέσματα ήταν ενθαρρυντικά και ως εκ τούτου η απόδοση του μηχανισμού θεωρείται ότι είναι καλά εδραιωμένη επιτρέποντας την υιοθέτηση της ως υπηρεσία του Νέφους η οποία επιδιώκει την εισαγωγή της γνώσης αναφορικά με τη σύγκριση της απόδοσης και της ποιότητα των παρεχόμενων υπηρεσιών. Επιπλέον, η διατριβή παρουσιάζει μια συνδυαστική μεθοδολογία, η οποία παρέχει μια ολοκληρωμένη λύση για το σχεδιασμό και τη μεταφορά των εφαρμογών στο Νέφος, αποδεικνύοντας ότι ο καινοτόμος μηχανισμός που αναπτύχθηκε στην παρούσα διατριβή μπορεί να λειτουργήσει συμπληρωματικά με την αναλυτική μοντελοποίηση και τις προσεγγίσεις για την εξερεύνηση του χρόνου σχεδίασης.Επιπρόσθετα, η διατριβή αυτή αναλύει την αλληλεπίδραση των εφαρμογών στα Υπολογιστικά Νέφη. Επιλέγεται το ίδιο σύνολο των Benchmark εφαρμογών που χρησιμοποιήθηκε για την συγκιρτική αξιολόγηση των Παρόχων του Νέφους και ανιχνεύεται η μείωση της απόδοσής τους λόγω του διαμοιρασμού των φυσικών πόρων. Με βάση τα πειραματικά δεδομένα, ο Πάροχος του Νέφους μπορεί να γνωρίζει εκ των προτέρων την επίδοση ενός συγκεκριμένου συνδυασμού εργασιών που ανατίθενται σε ένα φυσικό κόμβο.