[논문 리뷰] InterCloud: Utility-Oriented Federation of Cloud Computing Environments for Scaling of Application Services

Rajkumar Buyya, Rajiv Ranjan외 1명|arXiv (Cornell University)|2010. 03. 20.

Cloud Computing and Resource Management참고 문헌 16인용 수 60

한 줄 요약

이 논문은 다수의 클라우드 제공업체를 통해 응용 프로그램 서비스의 동적, 즉시적 스케일링을 가능하게 하는 유틸리티 중심의 클라우드 환경 연합인 InterCloud를 제안한다. 실시간 워크로드 및 네트워크 조건에 기반한 자동화된 로드 분배 및 자원 할당을 통해 InterCloud는 응답 시간 향상과 비용 효율성을 달성하였으며, CloudSim 시뮬레이션을 통해 동적 워크로드 하에서 뚜렷한 성능 향상이 입증되었다.

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.

연구 동기 및 목표

• 지리적으로 분산된 클라우드 데이터센터 간의 동적 로드 조율 부족 문제를 해결하기 위해.
• 워크로드 및 네트워크 조건에 기반해 다수의 클라우드 제공업체 간 자동으로 즉시 프로비저닝 가능한 응용 프로그램 서비스를 가능하게 하기 위해.
• 변동하는 워크로드와 자원 가용성에도 일관된 서비스 품질(QoS) 목표를 달성하기 위해.
• 갑작스러운 수요 변화에 대응해 가상 머신, 스토리지 및 데이터베이스의 탄력적 스케일링을 지원하기 위해.

제안 방법

• 이질적인 클라우드 제공업체 간 상호 운용성과 동적 자원 조율을 가능하게 하는 연합형 클라우드 아키텍처(InterCloud)를 제안한다.
• 클라우드 자원을 공유되고 즉시 이용 가능한 서비스로 간주하는 유틸리티 중심 모델을 도입하여 성능과 비용 최적화를 추구한다.
• QoS 메트릭을 기반으로 실시간 로드 밸런싱 및 서비스 배치 결정을 위한 자동화된 정책 기반 메커니즘을 구현한다.
• 다중 클라우드 환경을 시뮬레이션하고 동적 워크로드 하에서의 성능을 평가하기 위해 CloudSim 툴킷을 사용한다.
• 최적의 응용 프로그램 서비스 배치 위치를 결정하기 위해 워크로드 인식 스케줄링 알고리즘을 적용한다.
• 변화하는 수요에 대응해 VM, 스토리지 및 데이터베이스의 동적 스케일링을 가능하게 하기 위해 피드백 메커니즘을 통합한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 다양한 워크로드 하에서 일관된 QoS를 유지하기 위해, 지리적으로 분산된 여러 데이터센터 간에 클라우드 제공업체가 동적으로 로드 분포를 조율할 수 있는 방법은 무엇인가?
• RQ2 다중 클라우드 환경에서 즉각적이고 기회적인 응용 프로그램 서비스 프로비저닝을 가능하게 하기 위해 필요한 아키텍처적 및 정책 기반 메커니즘은 무엇인가?
• RQ3 동적 워크로드 하에서 연합형 클라우드 컴퓨팅은 단일 클라우드 배포에 비해 응답 시간과 비용 효율성 측면에서 어떻게 비교되는가?
• RQ4 자동화된 서비스 마이그레이션은 클라우드 경계를 넘어서 성능과 가용성을 유지하는 데 어떤 역할을 하는가?
• RQ5 유틸리티 중심의 클라우드 연합은 운영 비용을 최소화하면서도 일관된 QoS를 달성할 수 있는가?

주요 결과

• 실시간 로드 및 네트워크 조건에 기반해 사용자에게 더 가까운 곳에 서비스를 동적으로 배치함으로써 연합형 클라우드 모델이 응용 프로그램 응답 시간을 크게 감소시켰다.
• 자원 효율적 이용과 제공업체 간 로드 밸런싱 덕분에 시뮬레이션 결과 최대 30%의 비용 절감이 관찰되었다.
• 자동화된 스케일링 및 마이그레이션 덕분에 갑작스럽고 예측 불가능한 워크로드 급증 상황에서도 일관된 QoS 목표를 달성하였다.
• 동적 환경에서 단일 클라우드 배포 대비 InterCloud는 더 높은 복원력과 적응성(유연성)을 보였다.
• CloudSim 기반 평가를 통해 엔터프라이즈 규모의 응용 프로그램에 대해 유틸리티 중심의 클라우드 연합의 실현 가능성과 성능 이점이 확인되었다.