Διαχείριση ελαστικότητας μη-σχεσιακών βάσεων δεδομένων σε υποδομές νέφους

Abstract

Cloud computing has arisen as one of the most attractive alternatives for providing computational infrastructures for high-demand applications. One of the main advantages of cloud computing is that it renders the procurement of expensive computing resources unnecessary, thus lifting the burden of high upfront investments in proprietary platforms from system developers and owners. This characteristic is complemented by the capacity for on-demand resource provisioning based on the actual current requirements; this feature is commonly referred to as elasticity, and it can be manifested in different forms referring to the number, the size or the location of virtual machines (VMs) employed. Examples of these three elasticity types are the increase of the number of VMs (horizontal scaling), the allocation of more memory to a VM (vertical scaling) and moving a VM to a less loaded physical machine (migration), respectively. This PHD thesis exclusively focuses on automated elasticity approaches, and especially targets elasticity in the form of horizontally scaling the number of application VMs, where a probabilistic model checking approach is used to verify system properties and solve models, that represent the elastic behavior of the system. The model checking results allow the analysis of the elastic behavior of the system and combined with decision making policies handle the elasticity of the occupied resources for a NoSQL database application. Experimental results show the efficiency of the proposed approach, achieving dependable and configurable trade-offs between conflicting objectives, like: (i) maintaining the performance of the system, avoiding over-provisioning, (ii) maintaining the performance, reassuring the integrity and security of the stored data and (iii) maintaining the performance, minimizing the operation cost of the NoSQL application.

Οι υποδομές νέφους έχουν συγκεντρώσει το ενδιαφέρον τόσο της ερευνητικής όσο και της επιχειρηματικής κοινότητας, καθώς προσφέρουν μοναδικά χαρακτηριστικά, τα οποία αν αξιοποιηθούν με αποδοτικό τρόπο μπορούν να οδηγήσουν στη βέλτιστη επίτευξη στόχων όπως η εγγύηση της απόδοσης, η διασφάλιση της ακεραιότητας των δεδομένων, η μείωση του λειτουργικού κόστους, κ.α.. Ένα δυνατό χαρακτηριστικό των υποδομών νέφους είναι η δυνατότητα ελαστικής διαχείρισης των διαθέσιμων πόρων (ελαστικότητα). Αυτό το χαρακτηριστικό αναφέρεται είτε στην οριζόντια κλιμάκωση (προσθήκη/αφαίρεση Εικονικών Μηχανών (ΕΜ)), είτε στην κάθετη κλιμάκωση (π.χ. προσθήκη αφαίρεση κύριας μνήμης RAM), είτε στη μετανάστευση των ΕΜ σε διαφορετικά φυσικά μηχανήματα. Η παρούσα διατριβή προτείνει μία καινοτόμο μέθοδο διαχείρισης της οριζόντιας κλιμάκωσης που βασίζεται στον πιθανοκρατικό έλεγχο μοντέλων, επαληθεύοντας ιδιότητες συστήματος, για την επίλυση μοντέλων που αναπαριστούν την ελαστική συμπεριφορά του συστήματος. Τα αποτελέσματα της επίλυσης επιτρέπουν την ανάλυση της δυναμικής συμπεριφοράς του συστήματος και συνδυάζονται με πολιτικές λήψης αποφάσεων ελαστικότητας πόρων, για τη βέλτιστη αυτοματοποιημένη διαχείριση της οριζόντιας κλιμάκωσης των ΕΜ, που εξυπηρετούν μη-σχεσιακές βάσεις δεδομένων. Μέσω της πειραματικής αξιολόγησης αναδεικνύεται η αποδοτικότητα της προτεινόμενης μεθοδολογίας, επιτυγχάνοντας αξιόπιστες και ρυθμιζόμενες ισορροπίες μεταξύ αντικρουόμενων στόχων, όπως (i) η απόδοση του συστήματος, αποφεύγοντας την υπέρ-δέσμευση πόρων, (ii) η απόδοση του συστήματος και η διασφάλιση της ακεραιότητας των αποθηκευμένων δεδομένων και (iii) η διατήρηση της απόδοσης του συστήματος, ελαχιστοποιώντας το λειτουργικό κόστος της υποδομής.