[论文解读] CloudSim: A Novel Framework for Modeling and Simulation of Cloud Computing Infrastructures and Services

Rodrigo N. Calheiros, Rajiv Ranjan+2 more|ArXiv.org|Mar 14, 2009

Cloud Computing and Resource Management参考文献 9被引用 497

一句话总结

CloudSim 是一个通用且可扩展的仿真框架，用于建模和仿真云计算基础设施与服务。它支持大规模数据中心建模、虚拟化管理以及灵活的调度策略，为在不同工作负载和系统配置下评估性能、能效和资源分配提供了一个自包含的平台。

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.

研究动机与目标

• 解决在多样化服务与工作负载需求下仿真大规模云计算基础设施的挑战。
• 提供一个统一平台，用于建模云环境中的数据中心、服务代理和调度策略。
• 实现对虚拟化服务和资源分配策略（空间共享 vs. 时间共享）的精确仿真。
• 支持在不同系统规模、工作负载和能效约束下对云管理策略的性能评估。
• 为云计算研究和系统设计领域的研究人员与开发者提供可复现的实验环境。

提出的方法

• 基于 Java 设计一个仿真框架，支持在单个物理节点上建模数据中心及虚拟机。
• 实现一个自包含的虚拟化引擎，用于在单个节点上管理多个共置且相互隔离的虚拟化服务。
• 支持对处理核心的空间共享与时间共享分配，以实现灵活的调度策略评估。
• 通过模块化组件集成服务代理、资源供应和调度算法，以模拟真实世界的云管理工作流。
• 通过面向对象设计提供可扩展性，允许研究人员插入自定义策略和配置。
• 通过将硬件和软件组件抽象为可配置、可重用的模型，支持大规模云部署的仿真。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何设计一个灵活且可扩展的仿真框架，以建模大规模云计算基础设施与服务？
• RQ2 在不同工作负载下，云环境中不同调度与资源分配策略的性能影响是什么？
• RQ3 在资源分配中选择空间共享与时间共享方式，对系统效率和服务质量有何影响？
• RQ4 仿真框架在多大程度上能准确模拟云数据中心的能耗与散热？
• RQ5 如何在仿真环境中有效建模与管理虚拟化，以反映现实世界中的云行为？

主要发现

• CloudSim 支持对大规模云计算基础设施的建模与仿真，包括在单个物理节点上运行多个虚拟机的数据中心。
• 该框架支持对处理核心的空间共享与时间共享分配，使研究人员能够评估资源利用率与性能之间的权衡。
• 虚拟化引擎能有效管理多个共置且相互隔离的虚拟化服务，从而实现对云服务托管的逼真仿真。
• 仿真框架为在不同工作负载和系统规模条件下实验调度与资源分配策略提供了一个自包含的平台。
• CloudSim 支持从可靠性、容错性、可扩展性和能效角度对云系统性能进行评估。
• 该框架具有可扩展性和可重用性，支持集成自定义策略与配置，以支持针对性的研究与开发。