Τεχνικές πρόβλεψης για ζωντανή μεταφορά εικονικών μηχανών (VM Live Migration) σε περιβάλλοντα υπολογιστικού νέφους

Καλογερόπουλος, Δημήτριος; Kalogeropoulos, Dimitrios

dc.contributor.author	Καλογερόπουλος, Δημήτριος	el
dc.contributor.author	Kalogeropoulos, Dimitrios	en
dc.date.accessioned	2019-11-08T10:57:46Z
dc.date.available	2019-11-08T10:57:46Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/49398
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.17096
dc.rights	Default License
dc.subject	Υπολογιστικό νέφος	el
dc.subject	Εικονικές μηχανές	el
dc.subject	Αποτύπωμα μνήμης	el
dc.subject	Τεχνικές πρόβλεψης	el
dc.subject	Ζωντανή μεταφορά	el
dc.subject	Virtual machines	en
dc.subject	QEMU/KVM	en
dc.subject	Live migration	en
dc.subject	SLA	en
dc.subject	Prediction techniques	en
dc.title	Τεχνικές πρόβλεψης για ζωντανή μεταφορά εικονικών μηχανών (VM Live Migration) σε περιβάλλοντα υπολογιστικού νέφους	el
dc.title	Prediction Techniques for Live Migration of Virtual Machines in Cloud Computing Environments	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Computer Science	en
heal.language	el
heal.language	en
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2019-07-08
heal.abstract	Μια από τις βασικές τεχνολογίες εικονικοποίησης της Υποδομής-ως-Υπηρεσία (IaaS) στην εποχή του Cloud Computing είναι η ζωντανή μεταφορά (live migration) των εικονικών μηχανών (VMs). Μέσω του live migration, προβλήματα όπως η ενοποίηση των servers και η εξισορρόπηση φόρτου μεταξύ των φυσικών μηχανημάτων μπορούν να συντονιστούν. Ωστόσο, η μη διαθεσιμότητα της υπηρεσίας κατά τη διάρκεια του VM live migration μπορεί να είναι σημαντική σε σχέση με τις προσδοκίες των πελατών για την απόκριση των υπηρεσιών καθώς και τα επίπεδα ποιότητας της υπηρεσίας (QoS). Αυτές οι μετρικές δηλώνονται σε συμφωνίες σε επίπεδο υπηρεσιών μεταξύ πελάτη-παρόχου (SLAs). Συγκεκριμένα, για το live migration με pre-copy τεχνική αντιγραφής της μνήμης, υπάρχει το ρίσκο της μη σύγκλισης του αλγορίθμου και επομένως τη μη μετάβασή του στο stop-and-copy στάδιο. Αυτή η κατάσταση συμβαίνει όταν το VM γράφει στις σελίδες μνήμης ταχύτερα από το ρυθμό μεταφοράς των σελίδων αυτών από τον αρχικό host στον host προορισμού. Καθώς οι Cloud πάροχοι υπηρεσιών δεν μπορούν να ρυθμίσουν το ρυθμό ”βρώμικων” σελίδων (dirty page rate) της εφαρμογής που εκτελείται σε μια εικονική μηχανή, πρέπει να διαμορφώσουν τις συνθήκες τερματισμού του migration. Στην περίπτωση του QEMU/KVM λογισμικού ελέγχου, οι τροποποιήσιμες παράμετροι είναι η μέγιστη ταχύτητα μεταφοράς (max-bandwidth) και ο μέγιστος ανεκτός χρόνος μη λειτουργίας (downtime-limit). Λόγω του φυσικού δικτύου, το εύρος ζώνης έχει περιορισμένο άνω όριο και οι διαχειριστές δεν θέλουν να το εκμεταλλευτούν πλήρως. Επομένως, η παράμετρος downtime-limit θα πρέπει να διαμορφωθεί ώστε το pre-copy live migration να συγκλίνει και να ολοκληρωθεί με επιτυχία. Οι εφαρμογές με εκτεταμένες εγγραφές στη μνήμη είναι δύσκολο να μεταφερθούν, επειδή τα όρια του ρυθμού μεταφοράς και το downtime-limit δεν μπορούν να ρυθμιστούν βέλτιστα χωρίς να είναι γνωστή η συμπεριφορά της εφαρμογής. Προκειμένου να αντιμετωπιστούν οι προκλήσεις που προκύπτουν σχετικά με το πρόβλημα της σύγκλισης της pre-copy live migration τεχνικής στα σύγχρονα κέντρα δεδομένων, αναπτύσσουμε ένα framework για την παρακολούθηση των διαθέσιμων VMs όπου λαμβάνονται δυναμικές αποφάσεις και ενέργειες με βάση το αποτύπωμά τους στην μνήμη προτού ξεκινήσει το live migration. Υλοποιούμε ένα μηχανισμό που ονομάζεται BitmapTrace και ενσωματώνεται στο QEMU/KVM, ο οποίος καταγράφει τον αριθμό των dirty σελίδων της εικονικής μηχανής για μια συγκεκριμένη χρονική περίοδο με overhead μόλις λίγα επιπλέον δευτερόλεπτα στο χρόνο εκτέλεσης της εφαρμογής. Χρησιμοποιούμε αυτόν τον μηχανισμό σε ένα σενάριο χρονοδρομολόγησης του migration ενός υποσυνόλου VMs από όσα εκτελούνται στο ίδιο φυσικό μηχάνημα. Παρακολουθώντας τη συμπεριφορά της μνήμης τους και χρησιμοποιώντας ένα μοντέλο πρόβλεψης, επιλέγουμε για live migration τις εικονικές μηχανές χωρίς να παραβιάζεται η διαθεσιμότητα υπηρεσιών με βάση το συμφωνηθέν SLA. Με τον τρόπο αυτό επιτυγχάνεται ένας συμβιβασμός μεταξύ των στόχων του Cloud παρόχου και των αναμενόμενων απαιτήσεων QoS των πελατών.	el
heal.abstract	One of the key virtualization technologies of Infrastructure-as-a-Service in the era of Cloud Computing is the live migration of running Virtual Machines (VMs). Through VM live migration, issues such as VM consolidation and service performance degradation can be coordinated and balanced. However, the unavoidable short downtime/service unavailability during VM live migration may be substantial with regard to the customers’ expectations on responsiveness as well as the requested Quality of Service (QoS) levels. These metrics are declared in established Service Level Agreements (SLAs). Especially for pre-copy live migration algorithm the main risk is when the migration process cannot converge to an optimal point for the final stop-and-copy phase. This situation happens when the VM dirties its memory pages faster than the migration bandwidth. Since Cloud Service Providers are not able to tune the dirty page rate of the workload running on a Virtual Machine, they need to configure the migration termination conditions. In case of QEMU/KVM, the system admin configurable parameters are the maximum migration transfer rate (max-bandwidth) and the maximum tolerated downtime (downtime-limit). Due to physical network, bandwidth has an upper limit and operators do not want to make full utilization of it. Thus, downtime-limit should be configured to make VM live migration converge and complete successfully. Memory intensive applications are difficult to migrate because rate limits and downtime cannot be optimally set without detailed knowledge of the application behavior. In order to address the concerns that arise regarding the convergence problem of pre-copy live migration in modern data centers, we employ a framework for monitoring the available VMs and make dynamic decisions and actions based on their memory footprint right before migration is triggered. We implement a memory profiling module in QEMU/KVM called BitmapTrace which tracks the dirty pages of the workload for a certain profiling period with an execution time overhead of just a few seconds. We utilize this mechanism in a migration scheduling scheme where given a set of real-life workloads, each of them running in a separate Virtual Machine on the same host, we monitor their memory behavior and we select the best VM candidates using a prediction model without violating the agreed service availability. In this way, a trade-off between the Cloud Service Provider’s objectives and the customers’ expected QoS requirements can be achieved successfully.	en
heal.advisorName	Γκούμας, Γεώργιος	el
heal.committeeMemberName	Κοζύρης, Νεκτάριος	el
heal.committeeMemberName	Παπασπύρου, Νικόλαος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών. Τομέας Τεχνολογίας Πληροφορικής και Υπολογιστών. Εργαστήριο Υπολογιστικών Συστημάτων	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	191 σ.	el
heal.fullTextAvailability	true