Toward green cloud computing environment by means of virtual machine consolidation
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Universidade Federal de Lavras
Faculdade, Instituto ou Escola
Departamento
Departamento de Ciência da Computação
Programa de Pós-Graduação
Programa de Pós-graduação em Ciência da Computação
Agência de fomento
Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais (FAPEMIG)
Tipo de impacto
Áreas Temáticas da Extenção
Objetivos de Desenvolvimento Sustentável
Dados abertos
Resumo
A necessidade por recursos computacionais popularizou o uso da computação em nuvem. Através do uso da virtualização, gerentes de centros de dados em nuvem podem reduzir o Custo Total de Propriedade e melhorar a taxa de utilização de recursos. Embora vários custos possam ser reduzidos por meio da virtualização, o consumo de energia requisitado por todo o ecossistema dos centros de dados contabilizou uma quantia substancial de toda eletricidade consumida no mundo. Isto também implica em altos níveis de emissões de CO2 que, juntamente com o consumo de energia, devem ser reduzidos em prol da computação verde. Este problema pode ser mitigado pela consolidação de máquinas virtuais em um número reduzido de máquinas físicas a fim de desligar as ociosas. Contudo, o uso de consolidação de máquinas virtuais para reduzir o consumo de energia pode afetar os Objetivos de Nível de Serviço quando o equilíbrio entre energia e desempenho é levado em conta. Este trabalho possui duas contribuições principais. A primeira contribuição deste trabalho é uma Revisão Sistemática da Literatura que almeja prover uma visão geral sobre consolidação de máquinas virtuais através de uma análise qualitativa e quantitativa de diversos artigos da literatura. Todos os procedimentos e ferramentas são descritos a fim de que seja possível reproduzir os resultados obtidos na mesma. Quanto à segunda contribuição, o trabalho estuda o uso de um modelo de programação linear inteiro misto durante a etapa de alocação de máquinas virtuais da consolidação. O modelo é usado para obter um novo mapeamento entre máquinas virtuais e físicas que minimiza o consumo de energia e o número total de migrações. Os experimentos foram simulados usando dados reais de utilização de CPU e os modelos foram resolvidos usando dois resolvedores comerciais. Os resultados mostram que o modelo proposto otimizado por um dos resolvedores, em geral, dispara menos migrações para o simulador. Contudo, como muitas migrações disparadas ao simulador são factíveis, existe um aumento no consumo de energia e degradação de performance devido ao overhead causado pelas migrações.
Abstract
The urge for computing resources has popularized the usage of cloud computing. Through the use of virtualization, cloud data center managers can reduce the Total Cost of Ownership and improve resource utilization. Even though several costs can be reduced through virtualization, the power consumption required from the whole data center ecosystem accounted for a substantial amount of all electricity consumed in the world. This also entails high levels of CO2 emissions that, together with the energy consumption, must be reduced to achieve green computing. This problem can be mitigated by packing virtual machines into a fewer number of physical machines to shut down idle ones. However, the usage of virtual machine consolidation to reduce energy consumption might affect the Service Level Objectives when dealing with the energy and performance tradeoff. This work has two main contributions. The first contribution is a Systematic Literature Review, which aims to provide a comprehensive understanding of virtual machine consolidation through a quantitative and qualitative analysis of several papers from the literature. The methodology and tools used are described to enable the reproduction of the results obtained. Regarding the second contribution, this work studies the use of a Mixed Integer Linear Programming model during the virtual machine placement step of consolidation. The model is used to provide a new mapping between virtual and physical machines that minimizes the energy consumption and the total number of migrations. The experiments were simulated using real CPU utilization traces and the models were solved using two commercial solvers. The results show that the proposed model on one of the solvers, in general, issues fewer migrations to the simulator. However, since several migrations issued to the simulator are feasible, there is an increase in energy consumption and performance degradation due to the migration overhead.
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DIAS, A. H. T. Toward green cloud computing environment by means of virtual machine consolidation. 2020. 95 p. Dissertação (Mestrado em Ciência da Computação) – Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2021.