[论文解读] 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 60

一句话总结

本文提出了 InterCloud，一种面向服务的云环境联邦体系，可在多个云提供商之间实现应用服务的动态、按需扩展。通过根据实时工作负载和网络状况自动分配负载与资源，InterCloud 实现了更优的响应时间与成本效率，其性能优势在 CloudSim 仿真中得到验证，尤其在动态工作负载下表现出显著的性能提升。

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.

研究动机与目标

• 解决地理分布的云数据中心之间缺乏动态负载协调的问题。
• 基于工作负载和网络状况，实现跨多个云提供商的应用服务自动、按需部署。
• 在工作负载和资源可用性波动的情况下，仍能实现一致的质量服务（QoS）目标。
• 支持虚拟机、存储和数据库的弹性扩展，以应对突发需求变化。

提出的方法

• 提出一种联邦云架构（InterCloud），实现异构云提供商之间的互操作性与动态资源协调。
• 引入一种面向服务的模型，将云资源视为共享的按需服务，以优化性能与成本。
• 采用基于策略的自动化机制，根据 QoS 指标实时进行负载均衡与服务部署决策。
• 使用 CloudSim 工具包模拟多云环境，评估在动态工作负载下的性能表现。
• 应用工作负载感知的调度算法，以确定应用服务的最优部署位置。
• 集成反馈机制，实现对虚拟机、存储和数据库的动态扩展，以响应需求变化。

实验结果

研究问题

• RQ1 云提供商如何在多个地理位置分散的数据中心之间动态协调负载分配，以在可变工作负载下维持 QoS？
• RQ2 在多云环境中，实现即时、机会性应用服务部署所需的架构与策略机制是什么？
• RQ3 在动态工作负载下，联邦云计算与单云部署相比，在响应时间与成本效率方面有何差异？
• RQ4 自动化服务迁移在跨云边界维持性能与可用性方面发挥什么作用？
• RQ5 面向服务的云联邦能否在最小化运营成本的同时，实现一致的 QoS？

主要发现

• 通过根据实时负载和网络状况将服务动态部署在用户更近的位置，联邦云模型显著降低了应用响应时间。
• 仿真结果显示，由于跨提供商的高效资源利用与负载均衡，成本最高可降低 30%。
• 通过自动化扩展与迁移，系统在突发且不可预测的工作负载高峰下仍能实现一致的 QoS 目标。
• 与单体云部署相比，InterCloud 在动态环境中表现出更强的弹性与适应性。
• 基于 CloudSim 的评估证实了面向服务的云联邦在企业级应用中的可行性与性能优势。