[論文レビュー] Virtual Machine Placement Literature Review

Fabio López Pires, Benjamı́n Barán|arXiv (Cornell University)|Jun 4, 2015

Cloud Computing and Resource Management参考文献 91被引用数 76

ひとこと要約

本稿は、クラウドデータセンターにおける仮想マシン配置（VMP）に関する包括的かつ最新の文献レビューを提示しており、84件の関連研究を段階的な選定プロセスを用いて体系的に分析している。エネルギー効率、QoS、SLA、クラウド連合に関する主要な最適化基準、解決手法、研究ギャップを同定し、今後のVMP研究のための構造的基盤を提供する。

ABSTRACT

Cloud Computing Datacenters host millions of virtual machines (VMs) on real world scenarios. In this context, Virtual Machine Placement (VMP) is one of the most challenging problems in cloud infrastructure management, considering also the large number of possible optimization criteria and different formulations that could be studied. VMP literature include relevant topics such as energy-efficiency, Service Level Agreements (SLA), cloud service markets, Quality of Service (QoS) and carbon dioxide emissions, all of them with high economical and ecological impact. This work presents an extensive up-to-date review of the most relevant VMP literature in order to identify research opportunities.

研究の動機と目的

• クラウドコンピューティングにおける仮想マシン配置（VMP）分野の体系的かつ最新の文献レビューを提供すること。
• 多様なクラウド環境におけるVMPの主要な最適化基準、解決手法、研究トレンドを同定・分類すること。
• 特にエネルギー効率、サービスレベル契約（SLA）、クラウド連合において未だ十分に掘り下げられていない研究機会を明らかにすること。
• 実験設計、ワークロードタイプ、展開環境に基づいたVMP研究の構造的分類体系を確立すること。
• 研究手法の選択を分析し、VMPアルゴリズム開発における未解決の課題を浮き彫りにすることで、今後の研究を支援すること。

提案手法

• 『仮想マシン配置』や『VMコンsolidation』などのキーワードを用いてGoogle Scholarでキーワード検索を実施し、複段階の文献選定プロセスを実施した。
• 出版者（ACM、IEEE、Elsevier、Springer）を基準に絞り込み、高いインパクトを持つ学術誌および国際会議に焦点を当てた。
• 要約のスクリーニングを実施し、VMP問題に明確に言及している研究のみを残し、6ページ未満の短い論文は除外した。
• 最適化アプローチ、目的関数、解決手法、実験設定に基づいて選定済みの研究を分類した。
• シミュレーションと実装の両方の実験設計要因を分析した。これには、シミュレーション対実装、ワークロードタイプ（合成／実際のワークロード）、ワークロード分布、規模（VM／PMの数）が含まれる。
• 研究の方向性（プロバイダーオリエンテッド対ブローカー・オリエンテッド）、クラウドアーキテクチャ、問題定式化（オンライン対オフライン）に基づき分類し、研究トレンドを明らかにした。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 現代のVMP研究で一般的に用いられている最適化目的と解決手法は何か？
• RQ2 VMP研究は、ワークロードモデリングと展開環境において、どのように実験設計が異なるのか？
• RQ3 VMP分野における最も一般的な研究ギャップと未解決の課題は何か。特にエネルギー効率、QoS、クラウド連合に注目する。
• RQ4 実世界の展開がVMPアルゴリズムの妥当性を検証するためにどの程度用いられており、シミュレーションベースの評価と比べてどう異なるのか？
• RQ5 ブローカー・オリエンテッドとプロバイダー・オリエンテッドのクラウドアーキテクチャにおいて、VMP問題はどのように定式化されているのか？

主な発見

• 選定された84件の研究のうち97.6％がプロバイダー・オリエンテッドであり、市場駆動型やブローカー媒介型の配置ではなく、インfraストラクチャレベルの最適化に強い関心が集まっていることを示している。
• 87％の研究がシミュレーションを用いており、実際のクラウドオペレーティングシステムへの実装はたった4％にとどまっている。これは、実用的検証のギャップが顕著であることを示している。
• 62％の研究が合成ワークロードを使用しており、22％が実際のワークロード、残りの16％はワークロードタイプを明示していない。
• ワークロード分布の多くはランダム（32％）または一様分布（21％）が最も多く、正規分布／ガウス分布は少数の研究で使用されている。
• 多くの研究が均質なPM構成を仮定しているが、これは提案されたアルゴリズムの異種データセンターへの一般化可能性を制限する可能性がある。
• 1,000台以上のVMを含む大規模実験を実施した研究はわずか19％にとどまり、産業規模のクラウド環境におけるスケーラビリティに関する研究が不足していることが示唆される。