[論文レビュー] InterCloud: Utility-Oriented Federation of Cloud Computing Environments for Scaling of Application Services

Rajkumar Buyya, Rajiv Ranjan+1 more|arXiv (Cornell University)|Mar 20, 2010

Cloud Computing and Resource Management参考文献 16被引用数 60

ひとこと要約

本論文では、複数のクラウドプロバイダーにまたがるアプリケーションサービスの動的でオンデマンドのスケーリングを可能にする、ユーティリティ指向のクラウド環境連合「InterCloud」を提案する。リアルタイムのワークロードおよびネットワーク状態に基づいて負荷分散とリソース割り当てを自動化することで、InterCloudは応答時間の向上とコスト効率の向上を達成した。CloudSimを用いたシミュレーションにより、動的ワークロード下での顕著な性能向上が検証された。

ABSTRACT

Cloud computing providers have setup several data centers at different geographical locations over the Internet in order to optimally serve needs of their customers around the world. However, existing systems do not support mechanisms and policies for dynamically coordinating load distribution among different Cloud-based data centers in order to determine optimal location for hosting application services to achieve reasonable QoS levels. Further, the Cloud computing providers are unable to predict geographic distribution of users consuming their services, hence the load coordination must happen automatically, and distribution of services must change in response to changes in the load. To counter this problem, we advocate creation of federated Cloud computing environment (InterCloud) that facilitates just-in-time, opportunistic, and scalable provisioning of application services, consistently achieving QoS targets under variable workload, resource and network conditions. The overall goal is to create a computing environment that supports dynamic expansion or contraction of capabilities (VMs, services, storage, and database) for handling sudden variations in service demands. This paper presents vision, challenges, and architectural elements of InterCloud for utility-oriented federation of Cloud computing environments. The proposed InterCloud environment supports scaling of applications across multiple vendor clouds. We have validated our approach by conducting a set of rigorous performance evaluation study using the CloudSim toolkit. The results demonstrate that federated Cloud computing model has immense potential as it offers significant performance gains as regards to response time and cost saving under dynamic workload scenarios.

研究の動機と目的

• 地理的に分散したクラウドデータセンター間での動的負荷調整の欠如に対処すること。
• ワークロードおよびネットワーク状態に基づいて、複数のクラウドプロバイダーにまたがるアプリケーションサービスの自動的でオンデマンドのプロビジョニングを可能にすること。
• 変動するワークロードおよびリソースの可用性にもかかわらず、一貫したサービス品質（QoS）の目標を達成すること。
• 急激な需要変化に応じて仮想マシン、ストレージ、データベースのエラスティックスケーリングを可能にすること。

提案手法

• 異種のクラウドプロバイダー間で相互運用性と動的リソース調整を可能にする、連合型クラウドアーキテクチャ（InterCloud）を提案する。
• クラウドリソースを共有され、オンデマンドで利用可能なサービスとして扱う、ユーティリティ指向のモデルを導入し、パフォーマンスとコストの最適化を図る。
• QoSメトリクスに基づいた、自動的でポリシー駆動のメカニズムを用いて、リアルタイムの負荷分散およびサービス配置意思決定を実施する。
• CloudSimツールキットを用いてマルチクラウド環境をシミュレートし、動的ワークロード下でのパフォーマンスを評価する。
• 最適なデプロイメント場所を特定するため、ワークロードに配慮したスケジューリングアルゴリズムを適用する。
• 変化する需要に応じて仮想マシン、ストレージ、データベースの動的スケーリングを可能にするフィードバックメカニズムを統合する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 複数の地理的に分散したデータセンターにまたがるクラウドプロバイダーが、変動するワークロード下でもQoSを維持するために、どのように動的負荷分散を調整できるか？
• RQ2 マルチクラウド環境において、タイムリーかつ機会的（オポチュニスティック）にアプリケーションサービスをプロビジョニングするために必要なアーキテクチャ的およびポリシー的メカニズムは何か？
• RQ3 動的ワークロード下で、連合クラウドコンピューティングは単一クラウドのデプロイメントと比較して、応答時間およびコスト効率の点でどのように異なるか？
• RQ4 自動化されたサービス移行は、クラウド境界を越えてパフォーマンスと可用性を維持するために果たす役割は何か？
• RQ5 ユーティリティ指向のクラウド連合は、運用コストを最小限に抑えつつ、一貫したQoSを達成できるか？

主な発見

• リアルタイムの負荷およびネットワーク状態に基づいてユーザーに近い場所にサービスを動的に配置することで、連合クラウドモデルはアプリケーションの応答時間を顕著に短縮した。
• シミュレーション結果では、プロバイダー間での効率的なリソース利用と負荷分散のおかげで、最大30％のコスト削減が達成された。
• 自動スケーリングおよび移行のおかげで、急激で予測不能なワークロードのピーク時でも、一貫したQoS目標が達成された。
• 動的環境下では、モノリシックなクラウドデプロイメントと比較して、InterCloudはより優れたレジリエンスと適応性を示した。
• CloudSimベースの評価により、エントープライズ規模のアプリケーションに対して、ユーティリティ指向のクラウド連合の実現可能性とパフォーマンス上の利点が確認された。