Τεχνολογίες διαχείρισης υπολογιστικών υποδομών και εφαρμογών σε υπηρεσιοστρεφείς αρχιτεκτονικές και περιβάλλοντα νεφών

Abstract

The evolution of Cloud Computing and the offerings of the Service Oriented Infrastructures (SOIs) in general, allowed the on-demand software and resource providing as a service. The effective usage and the efficient management of infrastructures are raising multiple and complex demands as far as the collection and the management of information generated from those infrastructures concerns. To this end, the monitoring techniques and mechanisms in SOIs and Cloud environments form an important component of the value chain of those infrastructures. This thesis is focused in this study of information management towards surpassing the limitations and restrictions that are introduced by the existence of different entities (Application Provider, Platform Provider and Infrastructure Provider) but also technical restrictions caused by this new architectural paradigm. More specifically, the analysis and design of innovative monitoring mechanisms is presented, managing information deriving from infrastructures as well as applications executed in those. Special focus has been given in the capability of re-configuration of the monitoring mechanism based on specific values of the collected information. This dynamic characteristic allows for a proactive violation detection of SLAs as well as the optimization of the infrastructure through better decision-making policies. The particular monitoring solution constitutes a service-oriented framework for data collection so much from the virtual and physical infrastructure. The policy of re-configuration is applied throughout this service framework which is evaluated with a real-life application scenario of a color correction video post-production. Moreover, a second innovative monitoring infrastructure for Cloud environments is presented which aims at collecting information from various sources and assess it in order for an optimization of all Cloud entities. Through this work we focus on the collection of energy consumption of the resources and the calculation of the eco-efficiency of the infrastructure. Based on power models, the definition of eco-efficiency is provided for all Cloud entities and forecasted values are being calculated. This modeling leads to the application of policies that improve the placement of virtual machines (VMs) on the Cloud infrastructure. The presented results are very encouraging with regard to the possibilities of management of resources taking into consideration the eco-efficiency of infrastructure. Finally, this thesis concludes with some additional contributions to the open source community, related with technologies and techniques of resource monitoring. In detail, an architecture and implementation of a monitoring plug-in of Nagios system is presented, which allows for a service-oriented operation of the pre-mentioned monitoring system. Furthermore, an experimental set-up of a Cloud-enabled elastic web hosting scenario is being described and evaluated, using only open-source software and applied in a private Cloud infrastructure.

Η ανάπτυξη του Υπολογιστικού Νέφους και γενικότερα των υπηρεσιοστρεφών υποδομών παροχής λογισμικού και άλλων πόρων ως υπηρεσίες καθιστούν εφικτή την χρησιμοποίηση αυτών από εξωτερικούς χρήστες με τη μορφή πληρωμής με βάση τη χρήση. Η αποτελεσματική όμως χρήση και η αποδοτική διαχείριση των υποδομών αυτών εγείρουν πολλαπλές και ιδιαίτερες απαιτήσεις όσον αφορά την συλλογή και διαχείριση των πληροφοριών που παράγονται κατά την λειτουργία αυτών των υποδομών. Υπό αυτές τις συνθήκες, οι μηχανισμοί και οι τεχνικές επίβλεψης στις υπηρεσιοστρεφέις υποδομές και περιβάλλοντα Νεφών αποτελούν ένα πολύ σημαντικό συστατικό κατά μήκος της αλυσίδας αξίας των αρχιτεκτονικών αυτών. Η διατριβή επικεντρώνεται σε αυτήν την μελέτη της διαχείρισης της πληροφορίας προσπαθώντας να ξεπεραστούν οι αγκυλώσεις και οι περιορισμού που προκύπτουν λόγω της ύπαρξης διαφορετικών οντοτήτων (Πάροχος Εφαρμογής, Πάροχος Πλατφόρμας και Πάροχος Υποδομών) αλλά και των τεχνικών περιορισμών που οι νέες αυτές αρχιτεκτονικές εισαγάγουν. Συγκεκριμένα γίνεται ανάλυση και σχεδιασμός καινοτόμων μηχανισμών επίβλεψης και παρακολούθησης υποδομών και εφαρμογών που εκτελούνται σε αυτά τα περιβάλλοντα. Παρουσιάζονται εξειδικευμένες δυνατότητες και λειτουργίες οι οποίες επαληθεύονται και αξιολογούνται τόσο με προσομοιώσεις όσο και σε πραγματικές συνθήκες λειτουργίας. Ιδιαίτερη προσοχή έχει δοθεί στην δυνατότητα αναδιαμόρφωσης του μηχανισμού επίβλεψης βασιζόμενοι στις συλλεχθείσες πληροφορίες. Το δυναμικό αυτό χαρακτηριστικό επιτρέπει τόσο την αποφυγή παραβιάσεων στο συμβόλαιο χρήσης (SLA) όσο και την βελτιστοποίηση χρήσης της υποδομής με την λήψη συγκεκριμένων αποφάσεων. Η συγκεκριμένη λύση επίβλεψης αποτελεί ένα υπηρεσιοστρεφές πλαίσιο συλλογής πληροφοριών τόσο από την εικονική όσο και από την φυσική υποδομή. Η πολιτική αναδιαμόρφωσης εφαρμόζεται πάνω στο συγκεκριμένο υπηρεσιοστρφές πλαίσιο επίβλεψης και αξιολογείται κατόπιν μέσω μιας πραγματικής εφαρμογής λογισμικού διόρθωσης χρώματος σε καρέ βίντεο. Επιπλέον, παρουσιάζεται μια καινοτόμα υποδομή επίβλεψης Υπολογιστικών Νεφών η οποία λαμβάνει δεδομένα από πολλαπλές πηγές με σκοπό την βελτιστοποίηση της διαχείρισης των πόρων. Ιδιαίτερη έμφαση δίνεται στην παρακολούθηση της ενεργειακής απόδοσης όπου και πραγματοποιείται μοντελοποίηση αυτής σε επίπεδο υπολογιστικού κόμβου, υποδομής (φυσικής και εικονικής) και εφαρμογής. Η μοντελοποίηση αυτή καταλήγει στην εφαρμογή πολιτικών που βελτιώνουν την χρήση και την τοποθέτηση (placement) εικονικών μηχανών (VMs) στην υποδομή του Νέφους. Τα αποτελέσματα που παρουσιάζονται είναι πολύ ενθαρρυντικά όσον αφορά τις δυνατότητες διαχείρισης των πόρων λαμβάνοντας υπόψη την ενεργειακή αποδοτικότητα της υποδομής. Τέλος, παρουσιάζονται επιπρόσθετες συνεισφορές στην κοινότητα ανοιχτού λογισμικού σχετικά με τεχνολογίες και τεχνικές επίβλεψης πόρων. Συγκεκριμένα, παρουσιάζονται η αρχιτεκτονική και η υλοποίηση επεκτάσεων του συστήματος παρακολούθησης Nagios με στόχο την υπηρεσιοστρεφή λειτουργία του τελευταίου καθώς επίσης και μια πειραματική εφαρμογή διαχείρισης φόρτου εργασίας σε ιδιωτικά Νέφη.