[논문 리뷰] Dynamic Environments for Virtual Machine Placement considering Elasticity and Overbooking

Jammily Ortigoza, Fabio López Pires외 1명|arXiv (Cornell University)|2016. 01. 08.

Cloud Computing and Resource Management참고 문헌 58인용 수 8

한 줄 요약

이 논문은 클라우드 데이터센터에서 동적 가상 머신 배치(VMP)를 위한 새로운 분류 체계를 제안하며, 탄력성(수평 및 수직)과 과잉할당(서버 및 네트워크 자원)을 중심으로 다룬다. 16개의 구분 가능한 동적 환경을 규명하고, 특히 수평 탄력성과 과잉할당의 병행 연구가 부족한 연구 격차를 드러내며, 향후 클라우드 서비스 제공자를 위한 현실적이고 온라인 기반의 VMP 공식화를 위한 기초 작업으로 활용할 수 있는 워크로드 트레이스 예시를 제공한다.

ABSTRACT

Cloud computing datacenters provide millions of virtual machines in actual cloud markets. In this context, Virtual Machine Placement (VMP) is one of the most challenging problems in cloud infrastructure management, considering the large number of possible optimization criteria and different formulations that could be studied. Considering the on-demand model of cloud computing, the VMP problem should be solved dynamically to efficiently attend typical workload of modern applications. This work proposes a taxonomy in order to understand possible challenges for Cloud Service Providers (CSPs) in dynamic environments, based on the most relevant dynamic parameters studied so far in the VMP literature. Based on the proposed taxonomy, several unexplored environments have been identified. To further study those research opportunities, sample workload traces for each particular environment are required; therefore, basic examples illustrate a preliminary work on dynamic workload trace generation.

연구 동기 및 목표

• 클라우드 서비스 제공자(CSPs)를 위한 가상 머신 배치(VMP)에서 동적 환경의 종합적 특성화 부족 문제를 해결하기 위해.
• 기존 VMP 분류 체계를 확장하여, 온라인 기반의 제공자 중심의 VMP 문제 공식화에 특별히 초점을 맞추기 위해.
• 문헌 분석을 통해 탄력성과 과잉할당 매개변수를 분석함으로써 아직 탐색되지 않은 동적 환경를 규명하기 위해.
• 향후 실증 연구를 지원하기 위해 각 규명된 동적 환경에 대한 초기 워크로드 트레이스 예시를 제공하기 위해.
• 특히 수평 및 수직 탄력성과 서버 및 네트워크 과잉할당을 병행하는 복잡한 환경을 고려한 현실적이고 통합적인 VMP 공식화로 향후 연구를 이끌기 위해.

제안 방법

• 저자들은 주요 출판사(ACM, IEEE, Elsevier, Springer)에서 64篇의 논문을 대상으로 키워드 기반 검색을 수행한 체계적 문헌 리뷰를 수행하였다. 검색어는 VMP, VM 통합, 서버 통합 등이다.
• 탄력성(없음, 수평, 수직, 또는 둘 다)과 과잉할당(없음, 서버, 네트워크, 또는 둘 다)이라는 두 가지 핵심 기준에 따라 동적 VMP 환경을 분류하여 총 16개의 구분 가능한 조합을 도출하였다.
• 각 환경는 VM 수, 자원 용량, 활용도 수준에 대한 시간에 따라 변하는 수학적 기호를 사용하여 공식적으로 정의하였다.
• 논문은 시간 단위별로 변화하는 VM 수, CPU 및 메모리 할당, 자원 활용도를 보여주는 표본 워크로드 트레이스(예: 표 III)를 제시하였다.
• 이 분류 체계는 저자들의 이전 분류 체계 [49]와 함께 사용되어 VMP 연구를 위한 종합적인 프레임워크를 제공하도록 설계되었다.
• 출판물 분포에 대한 통계 분석을 통해, 예를 들어 수평 탄력성만 있는 환경나 서버 및 네트워크 자원의 병행 과잉할당과 같은 미충분한 연구가 이루어진 환경들을 식별하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 클라우드 데이터센터에서 온라인 가상 머신 배치에 영향을 미치는 가장 관련 있는 동적 매개변수는 무엇인가?
• RQ2 VMP 문헌에서 탄력성과 과잉할당의 어떤 조합이 가장 자주 연구되었는가?
• RQ3 VMP의 어떤 동적 환경가 아직 탐색되지 않았거나 연구가 부족한가?
• RQ4 실제 동적 VM 배치 시나리오를 모델링하기 위해 어떻게 현실적인 워크로드 트레이스를 생성할 수 있는가?
• RQ5 수평 및 수직 탄력성과 서버 및 네트워크 과잉할당을 병행하는 VMP 공식화에 어떤 함의가 있는가?

주요 결과

• 가장 많이 연구된 동적 VMP 환경는 (0,0) — 탄력성 없음, 과잉할당 없음 (39%의 연구) — 과 (0,1) — 탄력성 없음, 서버 과잉할당 (50%의 연구) — 이다.
• 수평 탄력성만 있는 경우를 다룬 논문은 발견되지 않았으며, 이는 상당한 연구 격차를 의미한다.
• 서버 및 네트워크 자원을 동시에 과잉할당하는 병행 과잉할당(환경 2,2)은 문헌에서 전혀 다뤄지지 않았다.
• 가장 진보된 동시에 탐색되지 않은 환경는 (3,3)으로, 수평 및 수직 탄력성과 서버 및 네트워크 과잉할당을 모두 병행하는 환경이다.
• 제안된 분류 체계는 16개의 구분 가능한 동적 환경을 규명하였으며, 이 중 6개만 중간 정도로 연구되었고, 나머지는 대부분 탐색되지 않은 상태이다.
• 초기 워크로드 트레이스 생성 예시는 시간에 따라 변화하는 VM 수, CPU 및 메모리 할당, 자원 활용도의 동적 변화를 보여주며, 향후 실증 검증을 지원한다.