Eksperyment 5 — Wykorzystanie migracji VM

Badania te miały na celu wykazanie efektów jakie daje daje możliwość przenoszenia wir-tualnych maszyn w trakcie wykonania. W tym celu, w systemie oprócz aplikacji wyko-rzystywanych w teście gwarancji QoS, wykorzystane zostaną również aplikacje, których generowane obciążenie będzie nierównomiernie rozłożone.

Wykres 7.25 przedstawia średnie obciążenie zasobów podczas wykonania aplikacji te-stowej. Dodatkowo wykres ten przedstawia wykonanie aplikacji oraz obciążenie infrastruk-tury podczas wykonania algorytmu dążącego do równego rozłożenie obciążenia fizycznych hostów.

Rysunek 7.25. Obciążenie generowane przez aplikację testową A₄bez i z kontrolą wykorzystania zasobów przez systemu VGRMS

Porównanie właściwości aplikacji testowej dla której był użyty algorytm rozłożenia obciążenia (rysunek 7.26) poprzez określenie poziomu obciążenia każdego z węzłów infra-struktury obliczeniowej.

Tabela 7.15 przedstawia parametry wykonania aplikacji testowej.

Test z algorytmem rozłożenia obciążenia pozwala zweryfikować czy dodatkowe narzuty związane z zastosowaniem technik parawirtualizacji oraz wykonywaniem procesów mi-gracji mimo wszystko pozwolą na zwiększenie efektywności wykorzystania infrastruktury obliczeniowej. Zostały tutaj wykorzystane aplikacja w których komponenty generowały niejednorodne obciążenie. Prosta optymalizacja polegająca na grupowaniu na fizycznych

Rysunek 7.26. Rozłożenie użycia zasobów dla aplikacji testowej A₄przed i po użyciu algorytmów dystrybucji obciążenia

Algorytm dystrybucji

Parametr wyłączony włączony

Czas odpowiedzi — R_A(s) 5936.2 s 5264.6 s

Czas wykonania komponentów —RA(s) 4397.2 s 4398.7 s

Efektywne wykorzystanie infrastruktury — U⁰(P H, A) 12.35 % 13.92 % Obciążenie generowane przez komponenty systemu 8312.9 s 10758.6 s Wykorzystanie infrastruktury komunikacyjnej — X_A 1052.31 MB 1052.37 MB

Zajętość pasma komunikacyjnego — N_A 1.48 % 1.68 %

Komunikacja generowana przez komponenty systemu 173.61 MB 2335.18 MB

Tabela 7.15. Porównanie parametrów opisujących wykonanie aplikacji A4 z zastosowaniem algo-rytmu dystrybucji obciążenia

węzłach komponentów o niskim zapotrzebowaniu na zasoby a rozdzielaniu komponentów z zapotrzebowaniem dużym, co pozwoliło na uzyskanie zamierzonych rezultatów.

7.4. Podsumowanie

Zaproponowana w niniejszym rozdziale metodologia badań oraz zrealizowane scenariusze testów i zamieszczone rezultaty ukazują praktyczne aspekty funkcjonowania prototypo-wej implementacji systemu VGRMS. Celem tych badań było przekonanie się czy przyjęta w tezie pracy koncepcja zastosowania technik parawirtualizacji jako efektywnego sposobu realizacji regulacji dostępu do zasobów oraz koncepcja powiązania aplikacji obliczeniowej z zasobami poprzez dedykowane środowisko wykonawcze — sprawdza się praktyce.

dwie grupy. Pierwszą z nich stanowią testy mające za zadanie zademonstrować możliwości systemu takie jak tworzenie i zatrzymywanie wirtualnych Gridów oraz proste działania na ich konfiguracji³⁰. W tym celu zaproponowane zostały trzy scenariusze testów. Pierwszy z nich ukazuje narzuty systemu VGRMS czyli czas oraz zużycie zasobów potrzebnych na stworzenie i uruchomienie zestawu wirtualnych maszyn oraz połączenie ich za pomocą wirtualnej sieci. Autor starał się oszacować również skalowalność systemu czyli zmierzyć jak zmienia się obciążenie generowane przez system wraz ze wzrostem ilości zarządzanych fizycznych węzłów, maszyn wirtualnych i wirtualnych Gridów.

Wszystkie testy wykonane były z wykorzystaniem odpowiednio dobranych przez au-tora aplikacji. Jednak w systemie możliwa jest implementacja niemal dowolnej heurystyki przydziału zasobów dostosowanej do właściwości konkretnej aplikacji.

Zamieszczone wyniki praktycznej ewaluacji środowiska pozwalają na stwierdzenie, iż możliwe było skonstruowanie systemu, który implementując przyjęte koncepcje spełniał określone na wstępie założenia. Zaprezentowane wyniki potwierdzają również poprawność wyboru technologii i koncepcji zastosowanych podczas tworzenia implementacji systemu VGRMS.

30Możliwe jest także dzięki tym scenariuszom ukazanie łatwości z jaką administrator może implemento-wać za pomocą zestawu reguł politykę działania wirtualnego Gridu.

Podsumowanie

Rozprawa prezentuje podejście do zarządzania zasobami środowisk rozproszonych z wyko-rzystaniem technik wirtualizacji. Opracowana i zaimplementowana architektura środowi-ska stanowi oryginalne rozwiązanie. Prace przedstawione w niniejszej rozprawie stanowią potwierdzenie słuszności przyjętych na wstępie założeń odnośnie efektywności zarządza-nia zasobami dla aplikacji uruchomionych w dedykowanym środowisku wykonawczym — wirtualnym Gridzie.

Praktyczna implementacja architektury systemu oraz jego ewaluacja demonstruje wła-ściwości opracowanego modelu zarządzania zasobami. Autor wykonał działającą instalację dokonując uzupełnienia dostępnych technologii o dodatkowe komponenty, konieczne dla realizacji wspomnianych wyżej wymogów. Sprawne działanie systemu, jego stabilność oraz posiadanie funkcjonalności umożliwiającej poprawę parametrów jakościowych opisujących działanie aplikacji rozproszonych stanowi dla autora sporą satysfakcję.

8.1. Weryfikacja tezy pracy

Celem niniejszej pracy było zbadanie w jaki sposób dostępne mechanizmy wirtualizacji można zastosować do budowy zwirtualizowanych środowisk Grid. Istotnym zagadnieniem była również weryfikacja na ile zastosowanie technik wirtualizacji jest skutecznym mechani-zmem pozwalającym na realizację wybranych strategii przydziału zasobów w środowiskach rozproszonych. Aby móc odpowiedzieć na te pytania autor opracował model systemu, który zakładał uzupełnienie odpowiednich komponentów dla istniejących rozwiązań umożliwia-jących realizację zakładanej funkcjonalności. Model ten został praktycznie zweryfikowany z wykorzystaniem prototypowej implementacji systemu zarządzania zasobami VGRMS. Zostały zaproponowane i zrealizowane scenariusze ewaluacyjne, które na przygotowanej infrastrukturze testowej pozwoliły przekonać się o praktycznych właściwościach przyjętej na wstępie pracy koncepcji.

Przedstawione w rozdziale 7 wyniki uzyskane z praktycznej ewaluacji pokazują dla aplikacji testowych, na ile możliwe jest dynamiczne dostosowanie konfiguracji środowiska wykonawczego tak aby odpowiadało ono wymaganiom aplikacji. Zdaniem autora uzyskane rezultaty, zarówno funkcjonalne (w postaci unikalnych możliwości, których zapewnienie w klasycznych instalacjach jest trudne, bądź nieefektywne) oraz zysk widoczny w popra-wie wartości metryk opisujących wykonanie aplikacji, stanowią o słuszności podjęcia się praktycznej realizacji zaproponowanej tematyki.

Przyjęte na wstępie założenia w postaci określonego poziomu wirtualizacji, sposobu reprezentacji zasobów i możliwości wymaganych podczas konstrukcji polityki przydziału zasobów w hierarchicznym modelu zarządzania, zostały potwierdzone praktycznie.

kowo potwierdziła się koncepcja powiązania aplikacji z dedykowanym środowiskiem wyko-nawczym — wirtualnym Gridem, co skutkowało wieloma przedstawionymi w rozdziale 7 zaletami.

Podsumowując wykorzystanie implementacji zaproponowanej w pracy koncepcji przy-niosło wymagane rezultaty i spełnienie przedstawionych w rozdziale 3 wymagań. A zatem autor wykazał, iż poprzez zastosowanie technik wirtualizacji możliwe było opracowanie skutecznego narzędzia budowy wirtualnych Gridów, których zasoby mogą być przydzie-lane na podstawie określonych polityk, co dowodzi spełnienia tezy rozprawy.

8.2. Nowatorstwo pracy

Zaproponowane rozwiązanie wprowadza nowe podejście do koncepcji zarządzania zaso-bami w środowiskach rozproszonych, które w odniesieniu do klasycznych rozwiązań po-siada wiele istotnych cech. Większość podejść prezentowanych w literaturze tematu sto-suje jedynie jedną z technik: wirtualizację zasobów obliczeniowych bądź wirtualizację sieci komputerowej. Zaproponowane rozwiązanie łączy wirtualizację zasobów obliczeniowych oraz wirtualizację systemów komunikacyjnych, dzięki temu uzyskuje się pełną wirtuali-zację zasobów w środowiskach Grid. Oparcie prezentowanego rozwiązania o wirtualiwirtuali-zację obu technik równocześnie umożliwiło stworzenie spójnego systemu zgodnego z przyjętymi kryteriami.

Koncepcja systemu zaproponowana w niniejszej pracy polegała na uzupełnieniu moż-liwości jakie niesie zastosowanie wirtualizacji (regulacja wykorzystania zasobów, izolacja wykonania) o funkcjonalność (dodaną poprzez dobudowanie odpowiednich komponentów) umożliwiającą autonomiczne wykorzystanie tych możliwości. W pracy zaproponowano także mechanizm dynamicznego zarządzania opracowanymi w systemie VGRMS kompo-nentami. Zarządzanie to może być realizowane zarówno w sposób autonomiczny pod kon-trolą silników regułowych bądź manualnie za pomocą graficznego interfejsu użytkownika. System VGRMS jest w pełni przygotowany do działania zgodnie z ograniczeniami na-rzuconymi na przydział zasobów wynikający z realizacji wirtualnego Gridu w ramach wirtualnych organizacji. W tym sensie uzyskane rozwiązanie jest kompleksowe i wpisuje się w szerszy obraz idei realizacji obliczeń w dużych systemach rozproszonych współdzie-lonych przez wiele instytucji. W systemach tych obecnie trudno jest uzyskać gwarancje alokacji zasobów na określonym poziomie. Praca pokazuje sposób uzyskania gwarancji ja-kości wykonania dla aplikacji, co w aspekcie wykorzystania technik wirtualizacji stanowi interesujące rozwiązanie.

Pozostałe ważne cechy systemu to możliwość zdefiniowania prawie dowolnej heurystyki podziału zasobów, separacja logiki zarządzania zasobami od aplikacji użytkownika oraz brak konieczności dostosowywania aplikacji. Rozwiązania opracowane w zakresie wirtuali-zacji infrastruktury mogą być z powodzeniem wykorzystane w nowoczesnych systemach oprogramowania zrealizowanych zgodnie z paradygmatem SOA.

Poprawność wykorzystania nowoczesnych narzędzi i środowisk programistycznych, a także użycie koncepcji separacji funkcjonalności poszczególnych komponentów środo-wiska zostało potwierdzone praktyczną weryfikacją funkcjonalności zgodnej z przyjętymi założeniami. W obecnych instalacjach Grid techniki wirtualizacji nie odgrywają jeszcze znaczącej roli, jednak zdaniem autora, sytuacja ta nie będzie trwała długo, gdyż technolo-gia ta z powodzeniem może być stosowana jako metoda rozwiązywania licznych problemów

związanych ze skalowalnością stosowanych obecnie rozwiązań przydziału zasobów imple-mentowanych w warstwach pośredniczących.

8.3. Braki systemu

W zaimplementowanym systemie z pewnością możliwe i potrzebne są prace związane z optymalizacją i usprawnieniem jego działania zarówno jeśli chodzi o poziom wykorzy-stywanych przez sam system zasobów jak i czas wykonywania poszczególnych operacji oraz stabilność całości rozwiązania. W środowisku laboratoryjnym występowały problemy związane z małą skalowalnością niektórych przyjętych rozwiązań.¹

W przedstawionym rozwiązaniu nie został położony silny nacisk na zapewnienie odpo-wiedniego poziomu bezpieczeństwa. Konieczne są zatem prace związane z uzupełnieniem mechanizmów uwierzytelnienia użytkowników i autoryzacji ich działań, a także zapewnie-niem poufności komunikacji danych². Prace te są konieczne w sytuacji gdy system będzie wykorzystywany w środowisku produkcyjnym.

8.4. Możliwości dalszego rozwoju

Podczas wykonywania prac związanych z praktyczną oceną możliwości systemu, autor za-proponował środowisko testowe, aplikacje i scenariusze testów tak, aby przedstawić możli-wości jakie daje proponowane rozwiązanie. W szczególności stosowane algorytmy optyma-lizacji zaimplementowane w postaci polityki przydziału zasobów dla modułu decyzyjnego nie były zaawansowane. Dlatego zdaniem autora możliwe jest jeszcze przeprowadzenie wiele ciekawych eksperymentów związanych z rozbudową logiki działania środowiska.

Wprowadzenie mechanizmów pozwalających na bardziej złożoną analizę i przetwarza-nie informacji o staprzetwarza-nie pozwoliłoby na konstrukcję bardziej optymalnych heurystyk pro-cesów optymalizacji. Jednak zmniejszenie prawdopodobieństwa podjęcia błędnych decyzji optymalizacji rozmieszczenia zasobów wymaga dokładnych danych opisujących aktualny stan ich wykorzystania. Wykorzystanie technologii semantycznych serwisów [55] pozwoli-łoby na stworzenie zasobów, zbudowanych wraz z logiką regulującą ich wykorzystanie.

Wykorzystywane w systemie techniki reprezentacji stanu i podejmowania decyzji ba-zują na informacjach opisujących aktualny stan środowiska reprezentowanych w postaci faktów dla systemu regułowego. Takie podejście wystarczało w ewaluowanych strate-giach przydziału zasobów, jednak w niektórych przypadkach pożądane byłoby rozszerzenie zbioru faktów o informacje uzyskane na podstawie przetwarzania strumieni zdarzeń. Ist-nieją implementacje³ pozwalające na wykorzystanie w implementacji systemu technologii zaawansowanego przetwarzania zdarzeń CEP (ang. Complex Event Processing ) [62] za po-mocą specjalizowanego języka EQL (ang. Event Query Language). Technologia ta pozwala na przetwarzanie zdarzeń i identyfikację złożonych symptomów z wielu równoległych

stru-1

Pożądane było np. ograniczenie wykorzystania zasobów przez system VGRMS, które jest proporcjonalne do ilości obsługiwanych fizycznych węzłów.

2

Przykładem komunikacji poufnych jest transmisja obrazów dysków czy migracja (kopiowanie) zawar-tości pamięciVM poprzez siec rozległą WAN.

3Takie jak np. Esper: (http://esper.codehaus.org/) czy NESper upraszczające konstrukcję systemów i aplikacji przetwarzających znaczne ilości generowanych zdarzeń i komunikatów.

mieni komunikatów, które następnie mogłyby być reprezentowane jako przesłanki wnio-skowania.

Inne kierunki możliwego rozwoju to uzupełnienie funkcjonalności interfejsu użytkow-nika poprzez dodanie możliwości automatyzacji często wykonywanych a równocześnie cza-sochłonnych operacji jak np. aktualizacja oprogramowania poszczególnych VM.

Autor jest przekonany, iż zaimplementowany system zarządzania zasobami stanowi solidną podstawę dla dalszych prac związanych z rozbudową istniejących możliwości i do-daniem nowych funkcjonalności, celem stworzenia bardziej uniwersalnego rozwiązania.

Kod źródłowy głównych