[論文レビュー] Ad hoc Cloud Computing: From Concept to Realization

Gary A. McGilvary, Adam Barker+1 more|arXiv (Cornell University)|May 29, 2015

Caching and Content Delivery参考文献 6被引用数 25

ひとこと要約

本論文は、仮想化とBOINCにインspiredされた調整を用いて、既存のインfra構造—例えば企業や個人のマシン—から、断続的かつ非排他的で信頼性の低いリソースを動的にプールする、最初のエンド・ツー・エンドのアドホッククラウドコンピューティングフレームワークを提示する。実世界のホストのチェンジ（流入・流出）を想定しても、最大93.3％のジョブ完了信頼性を達成し、ゲストの障害が発生してもAmazon EC2と同等のパフォーマンスを発揮する。

ABSTRACT

This paper presents the first complete, integrated and end-to-end solution for ad hoc cloud computing environments. Ad hoc clouds harvest resources from existing sporadically available, non-exclusive (i.e. primarily used for some other purpose) and unreliable infrastructures. In this paper we discuss the problems ad hoc cloud computing solves and outline our architecture which is based on BOINC.

研究の動機と目的

• 信頼性の低い、非排他的で断続的に利用可能なホストリソースから、信頼性がありスケーラブルなクラウドインfraを構築する課題に対処すること。
• 専用インfraを必要としないクラウドサービスの提供により、既存のIT資産の利用率を向上させ、コストを削減すること。
• ホストアプリケーションに干渉せずに、ホスト障害やチェンジに対してもジョブの継続性を保証すること。
• 通常のCPU集約型ボランティアコンピューティングを超えて、I/O、メモリ、ディスク集約型のワークロードを含む多様なワークロードをサポートすること。
• 下位のインfraストラクチャの複雑さを隠蔽するPaaS抽象化を提供すると同時に、VM制御を通じてIaaSに類似したアクセスを可能にすること。

提案手法

• システムは、分散ホスト間でのジョブ提出、スケジューリング、ステータス追跡を管理するための集中型アドホックサーバーを使用する。
• 各ホストには、仮想マシン（ゲスト）を管理し、リソースおよびステータス情報をサーバーに報告するアドホッククライアントが実行される。
• ジョブは、クラウドレットと呼ばれる論理的単位にグループ化された仮想マシンにスケジューリングされ、それぞれが特定の実行環境（例：MATLABやBLAST用）を提供する。
• クラウド連続性メカニズムは、VMスナップショット移行を用いる：ホストが到達不能になると、サーバーがホスト信頼性式に基づいて新しいホストにスナップショットを復元する。
• 軽量な仮想化とクラウドワークロードの隔離を用いることで、ホストプロセスへの干渉を回避する。
• VMのIPアドレスをユーザーに公開することで、PaaSと将来のIaaS拡張の両方をサポートする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 断続的に利用可能で信頼性の低いホスト上で動作するクラウドサービスを、どのようにして信頼性高く維持できるか？
• RQ2 ホスト障害やチェンジに対処するための、ジョブの継続性とデータの一貫性を保証するメカニズムは何か？
• RQ3 プライマリワークロードに干渉せずに、異種で専用でないホスト上で、クラウドワークロードを効率的にスケジューリング・隔離するにはどうすればよいか？
• RQ4 実世界のインfra構造のダイナミクスを想定した場合、アドホッククラウドはAmazon EC2のような商用クラウドとどの程度同等のパフォーマンスを達成できるか？
• RQ5 仮想化、信頼性、スケジューリングを統合した単一で整合性のあるアーキテクチャとして、エンド・ツー・エンドのアドホッククラウドフレームワークを構築できるか？

主な発見

• 36か月間のNagios監視期間で得られた実世界のホスト可用性データを用いた30ノードでの評価において、アドホッククラウドプロトタイプは最大93.3％のジョブ完了信頼性を達成した。
• 1つ以上のアドホックゲストが実行中に障害を起こしても、さまざまなワークロードに対してAmazon EC2と同等のパフォーマンスを示した。
• ホスト信頼性式は、初期ジョブデプロイメントに最適なホストの選定を的確に支援し、全体のシステムのレジリエンスを向上させた。
• スナップショットベースの移行により、アプリケーションレベルのチェックポイントなしでホスト障害からの透明な回復が可能になり、ジョブの継続性が維持された。
• アーキテクチャは、CPU集約型のタスクを超えて、I/Oおよびメモリ集約型アプリケーションを含む多様なワークロードを成功裏にサポートした。
• LANベースの環境において、プロトタイプは実用的かつスケーラブルであることが実証された。今後は広域ネットワークおよび本番環境への拡張を計画している。