Αξιολόγηση ποιότητας εφαρμογών σε υπηρεσιοστρεφείς υποδομές πραγματικού χρόνου

Abstract

With the emergence of service provisioning technologies and infrastructures and the adoption of Service Level Agreements between service providers and customers, the need to control and validate the offered quality has appeared throughout the service lifecycle. This monitoring and evaluation is performed either on the client side, using the customer’s quality of experience, or on the provider side, dynamically reconfiguring the service and allocating resources accordingly, in order to optimize the quality metrics guaranteed. The latter, of course, initially requires mapping of the high-level quality parameters, which are closer to the customer perception, to low-level computing terms related to the resource management process. This thesis focuses on "Software as a Service" systems and seeks to introduce and analyze innovative mechanisms for the effective evaluation of service quality. In that frame, the first part of the current research work tackles the problem of selecting a service from a plethora of available ones for a customer. Exploiting the experience of users that present similar behavior, a collaborative evaluation model of the provided services is proposed, using correlation techniques and rating the providers, to successfully predict future assessment of services that have not been used by customers yet. Thus, a reputation system for providers is developed that supports users in the service selection process by providing personalized recommendations, based on evaluation history and correlations between them. The integration of this system in a recommendation service and its connection with a client software, to conduct experiments with simulated and real datasets, indicates the success of its implementation and the improvement of service selection support, based on prior evaluation.The second part of the thesis presents a dynamic resource management mechanism for "Software as a Service" systems in order to maximize resource utilization under a heavy load. Employing the elasticity of virtualized infrastructures, the proposed model dictates that system resources must be fully exploited by incoming jobs, even if they do not satisfy their requirements completely, using risk management techniques. Those techniques use the violation probability for Service Level Agreements, apparent from the service history, to evaluate the quality offered at any time and allocate resources in an optimum way. The resource allocation problem is deducted to the well known Knapsack Problem and a heuristic solution is designed and implemented as part of an existing service oriented system. The second set of experiments, using a dataset of resource demanding incoming jobs, results in the optimization of the service provider profit, thanks to the optimum utilization of computing resources, as a result of the evaluation and quality assurance mechanism via dynamic resource management.

Με την εμφάνιση των υπηρεσιοστρεφών τεχνολογιών και υποδομών και την υιοθέτηση των ηλεκτρονικών συμβάσεων μεταξύ παρόχων υπηρεσιών και πελατών, εμφανίστηκε η ανάγκη ελέγχου και επικύρωσης της προσφερόμενης ποιότητας καθ' όλη τη διάρκεια του κύκλου ζωής μιας υπηρεσίας. Η παρακολούθηση και η αξιολόγηση αυτής γίνεται είτε στην πλευρά του πελάτη, βάσει της ποιότητας της πρότερης εμπειρίας του, ή στην πλευρά του παρόχου, με δυναμική αναδιαμόρφωση των υπηρεσιών και ανακατανομή των πόρων, προκειμένου να βελτιστοποιηθούν οι παράμετροι ποιότητας με βάση τις εγγυήσεις του. Το τελευταίο, αρχικά απαιτεί ενός είδους "μετάφραση" των ποιοτικών παραμέτρων υψηλού επιπέδου που είναι πιο κοντά στην αντίληψη του πελάτη, σε όρους χαμηλού επιπέδου που σχετίζονται με τη διαδικασία διαχείρισης των πόρων.Η παρούσα διατριβή εστιάζει στα συστήματα παροχής "Εφαρμογής ως Υπηρεσία" και επιδιώκει την εισαγωγή και ανάλυση καινοτόμων μηχανισμών για την αποτελεσματική αξιολόγηση της παρεχόμενης ποιότητας. Στο πλαίσιο που τέθηκε παραπάνω, το πρώτο σκέλος της παρούσας ερευνητικής εργασίας ασχολείται με το πρόβλημα επιλογής μιας υπηρεσίας από μια πληθώρα διαθέσιμων εφαρμογών που διατίθενται για τον πελάτη. Αξιοποιώντας την εμπειρία των πελατών που εμφανίζουν παρόμοια συμπεριφορά, προτείνεται ένα μοντέλο συνεργατικής αξιολόγησης των παρεχόμενων υπηρεσιών, με βαθμολόγηση των παρόχων και χρήση τεχνικών συσχέτισης, ώστε να προβλεφθεί επιτυχώς η μελλοντική αξιολόγηση υπηρεσιών που δεν έχουν χρησιμοποιηθεί από τους πελάτες. Έτσι, δομείται ένα σύστημα φήμης παρόχων που υποστηρίζει τους χρήστες κατά τη διαδικασία επιλογής υπηρεσίας με την παροχή προσωποποιημένων συστάσεων, με βάση το ιστορικό αξιολόγησής τους και τη συσχέτιση ανάμεσά τους. Η ενσωμάτωση του συστήματος αυτού σε μια υπηρεσία συστάσεων και η χρήση του από ένα λογισμικό πελάτη σε πειράματα με προσομοιωμένα αλλά και πραγματικά δεδομένα, καταδεικνύουν την επιτυχή υλοποίησή του και τη βελτιωμένη υποστήριξη της επιλογής υπηρεσίας, βάσει της πρότερης αξιολόγησης. Στο δεύτερο σκέλος της διατριβής, παρουσιάζεται ένας μηχανισμός δυναμικής διαχείρισης πόρων για περιβάλλοντα παροχής "Εφαρμογής ως Υπηρεσία", με στόχο τη βέλτιστη αξιοποίησή τους κάτω από μεγάλο φόρτο εργασίας. Χρησιμοποιώντας την ελαστικότητα των σύγχρονων εικονικοποιημένων υποδομών, το προτεινόμενο μοντέλο υπαγορεύει ότι οι πόροι του συστήματος θα πρέπει να αξιοποιηθούν πλήρως από τις εισερχόμενες σε αυτό εργασίες, ακόμα και στην περίπτωση που δεν πληρούνται οι απαιτήσεις τους, με χρήση τεχνικών διαχείρισης ρίσκου. Οι τεχνικές αυτές χρησιμοποιούν την πιθανότητα παραβίασης των ηλεκτρονικών συμφωνιών, που προκύπτει από το ιστορικό εκτελέσεων, για την αξιολόγηση της παρεχόμενης ποιότητας ανά πάσα στιγμή και την καλύτερη δυνατή κατανομή των πόρων. Το πρόβλημα της κατανομής ανάγεται στο γνωστό πρόβλημα του σακιδίου και μια ευριστική λύση σχεδιάζεται και υλοποιείται σε ένα υπάρχον υπηρεσιοστρεφές σύστημα. Τα αποτελέσματα της δεύτερης δέσμης πειραμάτων με ένα σύνολο εισερχόμενων εργασιών υψηλής επιβάρυνσης στο σύστημα αυτό, δείχνουν βελτιστοποίηση των κερδών του παρόχου υπηρεσιών λόγω της καλύτερης αξιοποίησης της υπολογιστικής υποδομής, ως συνέπεια του μηχανισμού αξιολόγησης και διασφάλισης της ποιότητας με τη δυναμική διαχείριση των πόρων.