[論文レビュー] CloudSim: A Novel Framework for Modeling and Simulation of Cloud Computing Infrastructures and Services

Rodrigo N. Calheiros, Rajiv Ranjan+2 more|ArXiv.org|Mar 14, 2009

Cloud Computing and Resource Management参考文献 9被引用数 497

ひとこと要約

CloudSim は、クラウドコンピューティングインフラやサービスをモデル化・シミュレートするための汎用的で拡張可能なシミュレーションフレームワークです。大規模なデータセンターのモデル化、仮想化管理、柔軟なスケジューリングポリシーを可能にし、多様なワークロードやシステム構成下でのパフォーマンス、エネルギー効率、リソース割り当ての評価に役立つ自己完結型のプラットフォームを提供します。

ABSTRACT

Cloud computing focuses on delivery of reliable, secure, fault-tolerant, sustainable, and scalable infrastructures for hosting Internet-based application services. These applications have different composition, configuration, and deployment requirements. Quantifying the performance of scheduling and allocation policy on a Cloud infrastructure (hardware, software, services) for different application and service models under varying load, energy performance (power consumption, heat dissipation), and system size is an extremely challenging problem to tackle. To simplify this process, in this paper we propose CloudSim: a new generalized and extensible simulation framework that enables seamless modelling, simulation, and experimentation of emerging Cloud computing infrastructures and management services. The simulation framework has the following novel features: (i) support for modelling and instantiation of large scale Cloud computing infrastructure, including data centers on a single physical computing node and java virtual machine; (ii) a self-contained platform for modelling data centers, service brokers, scheduling, and allocations policies; (iii) availability of virtualization engine, which aids in creation and management of multiple, independent, and co-hosted virtualized services on a data center node; and (iv) flexibility to switch between space-shared and time-shared allocation of processing cores to virtualized services.

研究の動機と目的

• 多様なサービスおよびワークロード要件を有する大規模クラウドコンピューティングインフラのシミュレーションの課題に対処する。
• クラウド環境におけるデータセンター、サービスブローカー、スケジューリングポリシーのモデル化のための統一プラットフォームを提供する。
• リソース利用とパフォーマンスのトレードオフを評価できるように、スケジューリングポリシーの柔軟な評価を可能にする、仮想化サービスとリソース割り当て戦略（空間共有 vs. 時間共有）の正確なシミュレーションを可能にする。
• システムサイズ、ワークロード、エネルギー制約の変化に伴うクラウド管理ポリシーのパフォーマンス評価をサポートする。
• クラウドコンピューティング研究およびシステム設計分野の研究者や開発者が再現可能な実験を容易にする。

提案手法

• Java上で構築されたシミュレーションフレームワークを設計し、単一の物理ノード上での仮想マシンを伴うデータセンターのモデル化を可能にする。
• 複数の共存し、隔離された仮想化サービスを単一ノード上で効果的に管理するための自己完結型仮想化エンジンを実装する。
• プロセッシングコアの空間共有および時間共有の両方の割り当てをサポートし、柔軟なスケジューリングポリシー評価を可能にする。
• サービスブローカー、リソースプロビジョニング、スケジューリングアルゴリズムのモジュラーなコンポONENTを統合し、実世界のクラウド管理ワークフローをシミュレートする。
• オブジェクト指向設計による拡張性を提供し、研究者がカスタムポリシーおよび構成を簡単に統合できるようにする。
• ハードウェアおよびソフトウェアコンponentsを構成可能で再利用可能なモデルに抽象化することで、大規模クラウド展開のシミュレーションを可能にする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 大規模クラウドインフラおよびサービスをモデル化するための柔軟で拡張可能なシミュレーションフレームワークは、どのように設計できるか？
• RQ2 異なるワークロード下でのクラウド環境におけるスケジューリングおよび割り当てポリシーのパフォーマンスへの影響は何か？
• RQ3 リソース割り当ての選択（空間共有 vs. 時間共有）が、システム効率およびサービス品質に与える影響は何か？
• RQ4 シミュレーションフレームワークは、クラウドデータセンターにおけるエネルギー消費および熱放出をどれほど正確にモデル化できるか？
• RQ5 シミュレーション環境内で仮想化を効果的にモデル化および管理するには、どのようにすれば現実のクラウド動作を反映できるか？

主な発見

• CloudSim は、単一の物理ノード上に複数の仮想マシンを有するデータセンターを含む、大規模クラウドインフラのモデル化とシミュレーションを可能にする。
• フレームワークは、プロセッシングコアの空間共有および時間共有の両方の割り当てをサポートしており、リソース利用とパフォーマンスのトレードオフを評価できる。
• 仮想化エンジンは、複数の共存し、隔離された仮想化サービスを効果的に管理し、クラウドサービスホスティングの現実的なシミュレーションを可能にする。
• シミュレーションフレームワークは、多様なワークロードおよびシステムサイズの条件下でスケジューリングおよび割り当てポリシーの実験を可能にする自己完結型のプラットフォームを提供する。
• CloudSim は、信頼性、フェイルセーフ、スケーラビリティ、エネルギー効率の観点から、クラウドシステムのパフォーマンス評価を促進する。
• フレームワークは拡張可能で再利用可能であり、特定の研究開発目的に合わせたカスタムポリシーおよび構成の統合をサポートする。