[論文レビュー] Virtual Machine Consolidation for Datacenter Energy Improvement

Sina Esfandiarpoor, Ali Pahlavan+1 more|arXiv (Cornell University)|Feb 9, 2013

Cloud Computing and Resource Management参考文献 13被引用数 9

ひとこと要約

この論文では、ラックおよびルータの使用率を最小限に抑えるためにVMを共同配置することで、データセンタにおけるサーバ、ネットワーク、冷却リソースの使用を統合最適化する仮想マシン（VM）統合技術を提案する。アイドル状態のインfra構成を削減することで、データセンタ全体で平均14.7％のエネルギー削減を達成し、冷却で28.2％、ネットワークで18.8％の節約が得られる。これにより、サービスレベル契約（SLA）を維持したまま実現可能である。

ABSTRACT

Rapid growth and proliferation of cloud computing services around the world has increased the necessity and significance of improving the energy efficiency of could implementations. Virtual machines (VM) comprise the backend of most, if not all, cloud computing services. Several VMs are often consolidated on a physical machine to better utilize its resources. We take into account the cooling and network structure of the datacenter hosting the physical machines when consolidating the VMs so that fewer racks and routers are employed, without compromising the service-level agreements, so that unused routing and cooling equipment can be turned off to reduce energy consumption. Our experimental results on four benchmarks shows that our technique improves energy consumption of servers, network equipment, and cooling systems by 2.5%, 18.8%, and 28.2% respectively, resulting in a total of 14.7% improvement on average in the entire datacenter.

研究の動機と目的

• クラウドサービス需要の増加に伴い、クラウドデータセンタのエネルギー効率を向上させること。
• 仮想化されたデータセンタにおけるネットワークおよび冷却インfraの未利用状態を是正すること。
• VMの共同配置により、アクティブなラック、ルータ、冷却ユニットの数を最小限に抑えることで、総合的なエネルギー消費量を削減すること。
• 未使用のネットワークおよび冷却装置を停止させながらも、サービスレベル契約（SLA）を維持すること。
• サーバ、ネットワーク、冷却の統合最適化が、全体のデータセンタエネルギー消費に与える影響を評価すること。

提案手法

• 本手法は、サーバ、ネットワーク、冷却リソースの制約を考慮した最適化問題としてVM統合をモデル化する。
• 物理マシンにVMを共同配置することで、アクティブなラックおよびルータの数を最小限に抑え、インフラ負荷を低減する。
• 冷却およびネットワークトポロジーを明示的に考慮することで、過剰な設備確保を回避し、アイドル状態の部品の停止を可能にする。
• SLA制約（リソース制限や遅延など）を尊重するヒューリスティックベースの統合戦略を採用する。
• 多様なワークロードをシミュレートするために、4つの実世界ベンチマークを用いて評価を行う。
• エネルギー削減量は、サーバ、ネットワーク機器、冷却システムごとに別々に算出し、合算して評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 VM統合を、サーバ利用の最適化に加え、ネットワークおよび冷却インfraの最適化にも応用することで、データセンタのエネルギー消費をどのように削減できるか？
• RQ2 アクティブなラックおよびルータの数を減らすことで、SLAを違反せずに全体のデータセンタエネルギー消費をどの程度低減できるか？
• RQ3 冷却およびネットワークのエネルギー節約が、データセンタ全体のエネルギー削減に占める相対的寄与度はどの程度か？
• RQ4 サーバ、ネットワーク、冷却部品の統合最適化は、個別最適化戦略と比較して、どのように異なるか？
• RQ5 物理インfra構成のトポロジーを考慮した統合戦略は、実世界のワークロードにおいて顕著なエネルギー削減を達成できるか？

主な発見

• 提案手法は、4つのベンチマーク全体で平均2.5％のサーバエネルギー消費削減を達成した。
• アクティブなルータ数の減少により、ネットワーク機器のエネルギー使用量が18.8％削減された。
• 未使用の冷却ユニットの停止により、冷却システムのエネルギー消費が28.2％低下した。
• サーバ、ネットワーク機器、冷却システムの合算で、データセンタ全体のエネルギー消費が平均14.7％削減された。
• 未使用インフラの積極的電源遮断を可能にしつつ、SLA準拠を維持した。
• 結果から、ネットワークおよび冷却インフラの統合最適化が、単にサーバレベルでの統合だけでは得られない顕著なエネルギー削減をもたらすことが示された。