[論文レビュー] Cloud Index Tracking: Enabling Predictable Costs in Cloud Spot Markets

Supreeth Shastri, David Irwin|arXiv (Cornell University)|Sep 10, 2018

Blockchain Technology Applications and Security参考文献 28被引用数 7

ひとこと要約

本論文では、クラウドスポット市場における予測可能なコストを実現するために、スポットVMの集約インデックス価格を用いる移行ポリシー「Cloud Index Tracking」を提案する。この安定したインデックスからの逸脱を追跡することで、過度な移行を避けつつ、低コストで高可用性のワークロードを実現し、オンデマンド価格に近いコスト予測性を達成するとともに、保守的な移行ポリシーと同等の可用性を維持する。

ABSTRACT

Cloud spot markets rent VMs for a variable price that is typically much lower than the price of on-demand VMs, which makes them attractive for a wide range of large-scale applications. However, applications that run on spot VMs suffer from cost uncertainty, since spot prices fluctuate, in part, based on supply, demand, or both. The difficulty in predicting spot prices affects users and applications: the former cannot effectively plan their IT expenditures, while the latter cannot infer the availability and performance of spot VMs, which are a function of their variable price. To address the problem, we use properties of cloud infrastructure and workloads to show that prices become more stable and predictable as they are aggregated together. We leverage this observation to define an aggregate index price for spot VMs that serves as a reference for what users should expect to pay. We show that, even when the spot prices for individual VMs are volatile, the index price remains stable and predictable. We then introduce cloud index tracking: a migration policy that tracks the index price to ensure applications running on spot VMs incur a predictable cost by migrating to a new spot VM if the current VM's price significantly deviates from the index price.

研究の動機と目的

• スポット市場におけるコストの不確実性に対処すること。これは、需要・供給の変動やプロバイダーのアルゴリズム変更によって、個々のVM価格が予測不能に変動するためである。
• 従来の価格予測モデルの限界を克服すること。これらのモデルは、VMタイプ、可用性ゾーン、リージョンの多様性に起因する一般化の欠如により、さまざまな環境で失敗する。
• コスト予測性を損なわず、スポット価格が変動しても可用性を維持できる移行ポリシーを設計すること。
• 集約されたスポット価格が、個々のVM価格の変動とは独立して安定的で予測可能であるインデックスを形成することを示すこと。
• このインデックスを追跡することで、コストに配慮した移行が可能になり、同時に高可用性が維持されることを示し、コスト最小化型および可用性重視型のポリシーを凌駆すること。

提案手法

• 著者らは、地域内のすべてのVMタイプおよび可用性ゾーンにおけるスポット価格の加重平均としてクラウドインデックス価格を定義し、個々のVM価格よりも高い安定性を示すことを確認した。
• 個々のスポット価格は、地域ごとの需要・供給の変動によって変動するが、VMタイプや地域間の分散効果により、集約インデックス価格は安定していることを観察した。
• Cloud Index Trackingポリシーは、現在のVM価格がインデックス価格から著しく逸脱した場合に移行をトリガーする。これにより、コスト予測性が保証される。
• 歴史的データを用いてインデックス価格を計算し、変化する市場状況を反映するように動的に更新することで、長期にわたり関連性を保つ。
• AWS EC2上でポリシーを実装し、実世界のワークロードを用いて、既存の戦略と比較してコスト予測性と可用性を評価した。
• インデックスは個々のVMの行動ではなく市場全体のトレンドに基づいているため、EC2の内部価格アルゴリズムの変更に対しても耐性があるように設計された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 個々のVM価格よりも著しく安定的で予測可能な、スポットVM価格の集約インデックスを構築できるか？
• RQ2 このインデックスを追跡することで、VMの可用性を損なわず、コスト予測可能な移行が可能になるか？
• RQ3 Cloud Index Trackingは、従来のコスト最小化型および可用性重視型の移行ポリシーと比較して、コスト予測性と稼働時間の両面で優れているか？
• RQ4 EC2の2017年のアルゴリズム更新のような、クラウドプロバイダーの価格アルゴリズム変更に対して、インデックス価格はどれほど耐性があるか？
• RQ5 長期間の価格トレンドを追跡することで、インデックスは長期的な意思決定（例：リザーブドVMの購入意思決定）に活用できるか？

主な発見

• クラウドインデックス価格は、個々のスポットVM価格よりも著しく安定的で予測可能であり、さまざまなVMタイプや可用性ゾーンにおいても分散が小さい。
• Cloud Index Trackingは、インデックス価格に近いコスト予測性を達成しており、理論的最小コストの5％以内のコストで収束する。同時に、高い可用性を維持している。
• このポリシーは、保守的な移行ポリシー（例：HotSpot）と同等の可用性を達成しており、過度なコスト最小化戦略に比べて移行のオーバーヘッドが著しく低く、リクエストのキャンセル数も少ない。
• 2017年末にEC2が価格アルゴリズムを変更し、個々のVM価格の変動を低減した後も、インデックス価格は安定的で予測可能であり、本手法の耐性を示している。
• 過去10年間のインデックス価格の推移は、オンデマンドVMに対して一貫した下降トレンドを示しており、長期的なコスト計画やリザーブドVMの意思決定に有用であることが明らかになった。
• 本手法により、複雑な個別価格予測を必要とせず、企業向けワークロードでも実用的であるコストの安定化が可能になった。