[论文解读] Optimal Joint Multiple Resource Allocation Method for Cloud Computing Environments

Shin-ichi Kuribayashi|arXiv (Cornell University)|Oct 8, 2011

Cloud Computing and Resource Management参考文献 11被引用 43

一句话总结

本文提出了一种针对云计算的最优联合多资源分配方法，该方法以小时为单位同时为服务请求分配处理能力和带宽资源。通过将资源分配建模为联合优化问题，该方法在不牺牲效率的前提下降低了请求丢失概率和总资源需求，同时确保用户间的公平性，仿真评估验证了其有效性。

ABSTRACT

Cloud computing is a model for enabling convenient, on-demand network access to a shared pool of configurable computing resources. To provide cloud computing services economically, it is important to optimize resource allocation under the assumption that the required resource can be taken from a shared resource pool. In addition, to be able to provide processing ability and storage capacity, it is necessary to allocate bandwidth to access them at the same time. This paper proposes an optimal resource allocation method for cloud computing environments. First, this paper develops a resource allocation model of cloud computing environments, assuming both processing ability and bandwidth are allocated simultaneously to each service request and rented out on an hourly basis. The allocated resources are dedicated to each service request. Next, this paper proposes an optimal joint multiple resource allocation method, based on the above resource allocation model. It is demonstrated by simulation evaluation that the proposed method can reduce the request loss probability and as a result, reduce the total resource required, compared with the conventional allocation method. Then, this paper defines basic principles and a measure for achieving fair resource allocation among multiple users in a cloud computing environment, and proposes a fair joint multiple resource allocation method. It is demonstrated by simulation evaluations that the proposed method enables the fair resource allocation among multiple users without a large decline in resource efficiency. Keywords: Cloud computing, joint multiple resource allocation, fairness

研究动机与目标

• 解决在云计算环境中同时高效分配多种资源（特别是处理能力和带宽）的挑战。
• 通过优化处理与带宽资源的联合分配，最小化请求丢失概率。
• 在保持高资源利用率效率的同时，确保多用户之间的公平资源分配。
• 开发一种支持按服务请求进行专用、基于时间的资源分配的模型。
• 评估多用户云计算环境中公平性与资源效率之间的权衡。

提出的方法

• 构建一个资源分配模型，将处理能力和带宽作为按服务请求联合分配的专用资源。
• 应用优化框架，在资源约束下最小化请求丢失概率。
• 基于比例分配原则引入公平性原则，以平衡用户需求。
• 采用基于仿真的评估方法，将所提方法与传统分配策略进行对比。
• 采用基于时间（每小时）的租赁模型进行资源分配，以反映现实世界中的云服务定价。
• 定义公平性度量指标，以量化仿真环境中多用户之间的公平分配程度。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何通过联合分配处理与带宽资源来降低云计算中的请求丢失概率？
• RQ2 联合资源分配对总资源需求有何影响？
• RQ3 如何在不显著降低资源效率的前提下实现多用户间的公平性？
• RQ4 多租户云计算环境中公平性与资源利用率之间存在何种权衡？
• RQ5 与传统分配方法相比，所提方法在性能和可扩展性方面表现如何？

主要发现

• 与传统分配方法相比，所提方法降低了请求丢失概率，从而减少了总资源需求。
• 仿真结果表明，联合分配通过最小化空闲或未充分利用的资源，提升了系统效率。
• 公平的资源分配机制在不显著降低整体资源效率的前提下，确保了资源的公平分配。
• 该方法在高负载条件下仍保持高性能，表现出良好的可扩展性。
• 优化框架成功平衡了公平性与效率，在系统级指标上实现了可测量的改进。
• 仿真评估证实，联合分配模型在降低丢失率和提升公平性方面均优于传统方法。