[論文レビュー] An Auction-driven Self-organizing Cloud Delivery Model

Dan C. Marinescu, Ashkan Paya+2 more|arXiv (Cornell University)|Dec 10, 2013

Cloud Computing and Resource Management参考文献 58被引用数 13

ひとこと要約

本論文では、従来のIaaS、PaaS、SaaSに代わる入札中心の動的リソース割り当てシステムを採用する、オークション駆動型自己組織的クラウド配信モデルを提案する。クラウドリソースの調達を研究助成金の入札プロセスにたとえることで、仮想化のオーバーヘッドを最小限に抑え、きめ細やかな相互運用性標準への依存を減らす自律的かつ効率的で安全な異種クラウドリソースの組み合わせが可能になる。

ABSTRACT

The three traditional cloud delivery models -- IaaS, PaaS, and SaaS -- constrain access to cloud resources by hiding their raw functionality and forcing us to use them indirectly via a restricted set of actions. Can we introduce a new delivery model, and, at the same time, support improved security, a higher degree of assurance, find relatively simple solutions to the hard cloud resource management problems, eliminate some of the inefficiencies related to resource virtualization, allow the assembly of clouds of clouds, and, last but not least, minimize the number of interoperability standards? We sketch a self-organizing architecture for very large compute clouds composed of many-core processors and heterogeneous coprocessors. We discuss how self-organization will address each of the challenges described above. The approach is {\em bid-centric}. The system of heterogeneous cloud resources is dynamically, and autonomically, configured to bid to meet the needs identified in a high-level task or service specification. When the task is completed, or the service is retired, the resources are released for subsequent reuse. Our approach mimics the process followed by individual researchers who, in response to a call for proposals released by a funding agency, organize themselves in groups of various sizes and specialities. If the bid is successful, then the group carries out the proposed work and releases the results. After the work is completed, individual researchers in the group disperse, possibly joining other groups or submitting individual bids in response to other proposals. Similar protocols are common to other human activities such as procurement management.

研究の動機と目的

• 従来のクラウド配信モデル（IaaS、PaaS、SaaS）の制限を是正し、リソースへのアクセス制限やベンダーロックインを回避すること。
• マルチテナント環境における仮想化の断片化とリソース競合による非効率を低減すること。
• 特許をとったAPIへの依存を最小限に抑え、宣言的で移植可能で相互運用可能なクラウドサービスのプロビジョニング手法を実現すること。
• 高レベルのタスク仕様に基づいて、動的かつ自律的なクラウドリソースの組み合わせを可能にする新しいクラウド配信モデルを検討すること。
• リソース調整のための市場メカニズムを活用することで、必要な相互運用性標準の数を最小限に抑えること。

提案手法

• 本システムは、異種クラウドリソースが自律的にグループを形成し、高レベルのタスク仕様に対して入札する入札中心のモデルを採用する。
• リソースの割り当てはオークションメカニズムによって行われ、研究者が機関から助成金の提案書を入札するのと同様のプロセスを模倣する。
• タスクの完了またはサービスの退役後、リソースは解放され、将来の入札のためにプールに戻る。
• アーキテクチャは、多数コアプロセッサおよび異種コプロセッサをカバーする自己組織的構造をサポートし、動的再構成を可能にする。
• 市場指向コンピューティングおよびマクロエコノミックリソース配分の原則にインspirationを得ることで、能動的かつスケーラブルなリソース管理を実現する。
• 自律的な入札と調整によって物理リソースを直接かつ効率的に使用できるようにすることで、従来の仮想化のボトルネックを回避する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 自己組織的かつオークション駆動型のモデルは、従来のクラウド配信モデルを置き換えたり拡張したりすることで、効率性を向上させ、仮想化のオーバーヘッドを低減できるか？
• RQ2 中央集権的制御やきめ細やかな仮想化レイヤーに依存せずに、動的かつ自律的なリソースの組み合わせを実現できるか？
• RQ3 市場ベースのメカニズムは、相互運用性を向上させ、複数の互換性のないクラウドAPIの必要性をどれほど低減できるか？
• RQ4 このモデルは、攻撃面を最小限に抑え、入札プロトコルによるポリシーの強制によって、安全で高信頼性のクラウドサービス配信を可能にするか？
• RQ5 共有リソースを有する大規模かつ異種のクラウド環境において、このシステムはスケーラビリティとパフォーマンスをどのように維持するか？

主な発見

• オークション駆動型モデルにより、高レベルのタスク仕様に基づいて、異種クラウドリソースの動的で自律的かつ自己組織的な割り当てが可能になる。
• 仮想化レイヤーへの依存を排除することで、従来のIaaSやPaaSと比較してリソースの断片化が低減し、利用効率が向上する。
• 本システムは、ベンダーロックインを低減し、特許をとったAPIへの依存を減らすことで、宣言的で移植可能なサービスプロビジョニングをサポートする。
• 多様なクラウドリソース間で共通の市場ベースの調整メカニズムを用いることで、必要な相互運用性標準の数を削減できる。
• リソースが利用可能性、能力、コストに基づいて入札することで、負荷が発生した後に反応するのではなく、能動的なリソース管理が可能になる。
• 再帰的入札とリソースグループの動的再構成を可能にするため、本アーキテクチャは「クラウドのクラウド」の構成を可能にする。