[논문 리뷰] CloudSim: A Novel Framework for Modeling and Simulation of Cloud Computing Infrastructures and Services

Rodrigo N. Calheiros, Rajiv Ranjan외 2명|ArXiv.org|2009. 03. 14.

Cloud Computing and Resource Management참고 문헌 9인용 수 497

한 줄 요약

CloudSim은 클라우드 컴퓨팅 인fra구조 및 서비스를 모델링하고 시뮬레이션하기 위한 일반화되고 확장 가능한 시뮬레이션 프레임워크이다. 이는 대규모 데이터센터 모델링, 가상화 관리 및 유연한 스케줄링 정책을 가능하게 하며, 다양한 워크로드와 시스템 구성에서 성능, 에너지 효율성 및 자원 할당을 평가하기 위한 자체 포함형 플랫폼을 제공한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 다양한 서비스 및 워크로드 요구사항을 가진 대규모 클라우드 컴퓨팅 인프라를 시뮬레이션하는 과제를 해결한다.
• 클라우드 환경에서 데이터센터, 서비스 브로커 및 스케줄링 정책을 모델링하기 위한 통합 플랫폼을 제공한다.
• 공간 공유 대비 시간 공유 방식을 포함한 가상화 서비스 및 자원 할당 전략을 정확하게 시뮬레이션할 수 있도록 한다.
• 다양한 시스템 크기, 워크로드 및 에너지 제약 조건 하에서 클라우드 관리 정책의 성능 평가를 지원한다.
• 클라우드 컴퓨팅 연구 및 시스템 설계 분야의 연구자와 개발자가 재현 가능한 실험을 수행할 수 있도록 한다.

제안 방법

• 자바 기반으로 설계된 시뮬레이션 프레임워크를 통해 단일 물리 노드 상에서 가상 머신을 포함한 데이터센터 모델링을 가능하게 한다.
• 단일 노드 상에서 공유되며 상호 격리된 여러 가상화 서비스를 관리하기 위한 자체 포함형 가상화 엔진을 구현한다.
• 프로세싱 코어의 공간 공유 및 시간 공유 할당을 모두 지원하여 스케줄링 정책 평가의 유연성을 확보한다.
• 서비스 브로커, 자원 제공 및 스케줄링 알고리즘 등의 모듈식 구성 요소를 통합하여 실제 클라우드 관리 워크플로우를 시뮬레이션한다.
• 객체 지향 설계를 통해 확장성을 제공하여 연구자가 커스텀 정책 및 설정을 쉽게 통합할 수 있도록 한다.
• 하드웨어 및 소프트웨어 구성 요소를 구성 가능한 재사용 가능한 모델로 추상화하여 대규모 클라우드 배포를 시뮬레이션할 수 있도록 한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 다양한 서비스 및 워크로드 요구사항을 가진 대규모 클라우드 인프라 및 서비스를 모델링하기 위한 유연하고 확장 가능한 시뮬레이션 프레임워크를 어떻게 설계할 수 있는가?
• RQ2 다양한 워크로드 조건에서 클라우드 환경에서의 다양한 스케줄링 및 할당 정책이 성능에 미치는 영향은 무엇인가?
• RQ3 공간 공유 대비 시간 공유 자원 할당 방식의 선택이 시스템 효율성과 서비스 품질에 미치는 영향은 어떠한가?
• RQ4 시뮬레이션 프레임워크가 클라우드 데이터센터의 에너지 소비 및 열 방출을 얼마나 정확하게 모델링할 수 있는가?
• RQ5 가상화가 시뮬레이션 환경 내에서 효과적으로 모델링되고 관리되어 실제 클라우드 행동을 반영할 수 있는가?

주요 결과

• CloudSim은 단일 물리 노드에 여러 가상 머신이 포함된 대규모 클라우드 인프라를 모델링하고 시뮬레이션할 수 있다.
• 프레임워크는 프로세싱 코어의 공간 공유 및 시간 공유 할당을 모두 지원하여 자원 활용도와 성능 간의 트레이드오프를 평가할 수 있도록 한다.
• 가상화 엔진은 다수의 공유되며 상호 격리된 가상화 서비스를 효과적으로 관리하여 실제 클라우드 서비스 호스팅을 현실적으로 시뮬레이션할 수 있다.
• 다양한 워크로드 및 시스템 크기 조건에서 스케줄링 및 할당 정책 실험을 위한 자체 포함형 플랫폼을 제공한다.
• CloudSim은 신뢰성, 장애 내성, 확장성 및 에너지 효율성 측면에서 클라우드 시스템의 성능 평가를 가능하게 한다.
• 프레임워크는 확장 가능하고 재사용 가능하여 특정 연구 및 개발을 위한 커스텀 정책 및 설정 통합을 지원한다.