[论文解读] An Auction-driven Self-organizing Cloud Delivery Model

Dan C. Marinescu, Ashkan Paya+2 more|arXiv (Cornell University)|Dec 10, 2013

Cloud Computing and Resource Management参考文献 58被引用 13

一句话总结

本文提出了一种基于拍卖机制的自组织云交付模型，用以替代传统的 IaaS、PaaS 和 SaaS 模型，采用以投标为中心的动态资源分配系统。通过将云资源供应建模为科研资助投标过程，该系统实现了异构云资源的自主、高效且安全的组合，最大限度减少虚拟化开销，并降低对僵化互操作性标准的依赖。

ABSTRACT

The three traditional cloud delivery models -- IaaS, PaaS, and SaaS -- constrain access to cloud resources by hiding their raw functionality and forcing us to use them indirectly via a restricted set of actions. Can we introduce a new delivery model, and, at the same time, support improved security, a higher degree of assurance, find relatively simple solutions to the hard cloud resource management problems, eliminate some of the inefficiencies related to resource virtualization, allow the assembly of clouds of clouds, and, last but not least, minimize the number of interoperability standards? We sketch a self-organizing architecture for very large compute clouds composed of many-core processors and heterogeneous coprocessors. We discuss how self-organization will address each of the challenges described above. The approach is {\em bid-centric}. The system of heterogeneous cloud resources is dynamically, and autonomically, configured to bid to meet the needs identified in a high-level task or service specification. When the task is completed, or the service is retired, the resources are released for subsequent reuse. Our approach mimics the process followed by individual researchers who, in response to a call for proposals released by a funding agency, organize themselves in groups of various sizes and specialities. If the bid is successful, then the group carries out the proposed work and releases the results. After the work is completed, individual researchers in the group disperse, possibly joining other groups or submitting individual bids in response to other proposals. Similar protocols are common to other human activities such as procurement management.

研究动机与目标

• 解决传统云交付模型（IaaS、PaaS、SaaS）在资源访问受限和导致厂商锁定方面的局限性。
• 减少多租户环境中因虚拟化碎片化和资源争用带来的低效问题。
• 通过减少对专有 API 的依赖，实现更声明式、可移植且互操作的云服务供应方式。
• 探索一种新型云交付模型，支持基于高层任务规范的动态、自主资源组合。
• 通过利用类似市场的机制进行资源协调，最大限度减少所需互操作性标准的数量。

提出的方法

• 系统采用以投标为中心的模型，异构云资源自主组成群体，对高层任务规范进行投标。
• 资源分配由拍卖机制驱动，类似于研究人员向机构申请资助提案时的竞标过程。
• 任务完成或服务退役后，资源将被释放并重新加入资源池以参与未来的投标。
• 该架构支持在多核处理器和异构协处理器之间实现自组织，支持动态重构。
• 该模型借鉴了面向市场计算和宏观资源配置原理，实现主动、可扩展的资源管理。
• 通过实现资源的自主投标与协调，避免了传统虚拟化瓶颈，使物理资源能够被直接、高效地使用。

实验结果

研究问题

• RQ1 基于拍卖机制的自组织模型能否替代或扩展传统云交付模型，以提升效率并减少虚拟化开销？
• RQ2 如何在不依赖集中控制或刚性虚拟化层的情况下，实现动态、自主的资源组合？
• RQ3 基于市场的机制在多大程度上能够改善互操作性，并减少对多种不兼容云 API 的依赖？
• RQ4 该模型能否通过最小化攻击面并利用投标协议强制执行策略，实现安全、高保障的云服务交付？
• RQ5 在共享资源的大规模异构云环境中，该系统如何保持可扩展性和性能？

主要发现

• 基于拍卖机制的模型能够根据高层任务规范，实现对异构云资源的动态、自主和自组织分配。
• 通过消除对虚拟化层的依赖，该模型相比传统 IaaS 和 PaaS 模型，减少了资源碎片化，提高了资源利用率。
• 该系统支持声明式、可移植的服务供应方式，最大限度减少厂商锁定，并降低对专有 API 的依赖。
• 通过在多样化云资源之间使用通用的基于市场的协调机制，该模型减少了所需互操作性标准的数量。
• 该方法通过允许资源根据可用性、能力和成本进行投标，而非在事后响应负载，实现了主动的资源管理。
• 该架构通过支持递归投标和资源组的动态重构，实现了“云中之云”的组合。