[论文解读] Dynamic Environments for Virtual Machine Placement considering Elasticity and Overbooking

Jammily Ortigoza, Fabio López Pires+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 8, 2016

Cloud Computing and Resource Management参考文献 58被引用 8

一句话总结

本文提出了一种针对云数据中心中动态虚拟机放置（VMP）的新型分类法，重点关注弹性（水平和垂直）以及超售（服务器和网络资源）。该研究识别出16种不同的动态环境，揭示了显著的研究空白——尤其是在联合超售与水平弹性方面——并提供了基础的工作负载追踪示例，以指导云服务提供商在未来实现更真实、在线的VMP公式化研究。

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.

研究动机与目标

• 为解决云服务提供商（CSPs）在虚拟机放置（VMP）领域中对动态环境缺乏全面表征的问题。
• 通过特别聚焦于在线、面向提供商的VMP问题公式化，扩展现有的VMP分类法。
• 通过分析文献中的弹性与超售参数，识别尚未探索的动态环境。
• 为每个识别出的动态环境提供初步的工作负载追踪示例，以支持未来实证研究。
• 引导未来研究朝向更真实、更全面的VMP公式化方向发展，特别是在同时包含弹性与超售的复杂环境中。

提出的方法

• 作者对来自主要出版商（ACM、IEEE、Elsevier、Springer）的64篇文献进行了系统性文献综述，采用关键词搜索方法，涵盖VMP、虚拟机整合与服务器整合等主题。
• 基于两个核心标准对动态VMP环境进行分类：弹性（无、水平、垂直或两者兼有）与超售（无、服务器、网络或两者兼有），共形成16种不同的组合。
• 使用依赖时间的数学符号形式，对每种环境进行正式定义，包括虚拟机数量、资源容量与利用率水平。
• 论文展示了工作负载追踪示例（如表III所示），说明在时间步长上虚拟机数量、CPU与内存分配以及资源利用率的动态变化。
• 该分类法设计为与作者先前的分类法[49]结合使用，以提供完整的VMP研究框架。
• 通过出版物在各类环境中的分布统计分析，识别出研究不足的环境，如联合网络与服务器超售，以及仅含水平弹性的环境。

实验结果

研究问题

• RQ1 哪些关键动态参数影响云数据中心中的在线虚拟机放置？
• RQ2 在VMP文献中，弹性与超售的哪些组合被最频繁研究？
• RQ3 VMP的哪些动态环境尚未被探索或研究不足？
• RQ4 如何生成真实的工作负载追踪数据以建模动态虚拟机放置场景？
• RQ5 在VMP公式化中，同时结合水平与垂直弹性，以及服务器与网络超售，会产生何种影响？

主要发现

• 被研究最多的动态VMP环境是(0,0)——无弹性且无超售（占研究的39%）——以及(0,1)——无弹性但有服务器超售（占研究的50%）。
• 未发现任何已发表工作研究仅含水平弹性的情况，表明存在显著的研究空白。
• 对服务器与网络资源进行联合超售（环境2,2）尚未在文献中被研究。
• 最先进且尚未被探索的环境是(3,3)，即同时结合水平与垂直弹性，以及服务器与网络超售。
• 所提出的分类法识别出16种不同的动态环境，其中仅有六种得到适度研究，其余均基本未被探索。
• 初步的工作负载追踪生成示例展示了虚拟机数量、CPU与内存分配以及资源利用率随时间的动态变化，为未来实证验证提供支持。