Optimisation intégrée dans un environnement cloud

Integrated optimization in cloud environment

• Auteur / Autrice : Hana Teyeb
• Direction : Samir Tata, Néjib Ben Hadj-Alouane
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 18/12/2017
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE) en cotutelle avec Université Tunis El Manar. Faculté des Sciences Mathématiques, Physiques et Naturelles de Tunis (Tunisie)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et technologies de l'information et de la communication (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Télécom SudParis (France) - Département Informatique / INF
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Institut national des télécommunications (Evry ; 1979-2009)
• Jury : Président / Présidente : Samir Ben Ahmed
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Samir Tata, Néjib Ben Hadj-Alouane, Jouhaina Chaouachi, Pierre Sens, Sourour Elloumi
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jouhaina Chaouachi, Pierre Sens

Mots clés

Mots clés contrôlés

Qualité de Service (télécommunications)

Systèmes virtuels (informatique)

Programmation linéaire

Informatique dans les nuages

Mots clés libres

Cloud computing

Optimisation

Programmation linéaire

Machine virtuelle

Communication

Placement

Cloud computing

Optimization

Linear programming

Virtual machine

Communication

Placement

Résumé

Dans les systèmes cloud géographiquement distribués, un défi majeur auquel sont confrontés les fournisseurs de cloud consiste à optimiser et à configurer leurs infrastructures. En particulier, cela consiste à trouver un emplacement optimal pour les machines virtuelles (VMs) afin de minimiser les coûts tout en garantissant une bonne performance du système. De plus, en raison des fluctuations de la demande et des modèles de trafic, il est essentiel d'ajuster dynamiquement le schéma de placement des VMs en utilisant les techniques de migration des VMs. Cependant, malgré ses avantages apportés, dans le contexte du Cloud géo-distribué, la migration des VMs génère un trafic supplémentaire dans le réseau backbone ce qui engendre la dégradation des performances des applications dans les centres de données (DCs) source et destination. Par conséquent, les décisions de migration doivent être bien étudiés et basées sur des paramètres précis. Dans ce manuscrit, nous étudions les problèmes d'optimisation liés au placement, à la migration et à l'ordonnancement des VMs qui hébergent des applications hautement corrélées et qui peuvent être placés dans des DCs géo-distribués. Dans ce contexte, nous proposons un outil de gestion de DC autonome basé sur des modèles d'optimisation en ligne et hors ligne pour gérer l'infrastructure distribuée du Cloud. Notre objectif est de minimiser le volume du trafic global circulant entre les différents DCs du système.Nous proposons également des modèles d'optimisation stochastiques et déterministes pour traiter les différents modèles de trafic de communication. En outre, nous fournissons des algorithmes quasi-optimaux qui permettent d'avoir la meilleure séquence de migration inter-DC des machines virtuelles inter-communicantes. En plus, nous étudions l'impact de la durée de vie des VMs sur les décisions de migration afin de maintenir la stabilité du Cloud. Enfin, nous utilisons des environnements de simulation pour évaluer et valider notre approche. Les résultats des expériences menées montrent l'efficacité de notre approche

In geo-distributed cloud systems, a key challenge faced by cloud providers is to optimally tune and configure their underlying cloud infrastructure. An important problem in this context, deals with finding an optimal virtual machine (VM) placement, minimizing costs while at the same time ensuring good system performance. Moreover, due to the fluctuations of demand and traffic patterns, it is crucial to dynamically adjust the VM placement scheme over time. Hence, VM migration is used as a tool to cope with this problem. However, despite the benefits brought by VM migration, in geo-distributed cloud context, it generates additional traffic in the backbone links which may affect the application performance in both source and destination DCs. Hence, migration decisions need to be effective and based on accurate parameters. In this work, we study optimization problems related to the placement, migration and scheduling of VMs hosting highly correlated and distributed applications within geo-distributed DCs. In this context, we propose an autonomic DC management tool based on both online and offline optimization models to manage the distributed cloud infrastructure. Our objective is to minimize the overall expected traffic volume circulating between the different DCs of the system. To deal with different types of communication traffic patterns, we propose both deterministic and stochastic optimization models to solve VM placement and migration problem and to cope with the uncertainty of inter-VM traffic. Furthermore, we propose near-optimal algorithms that provide with the best inter-DCs migration sequence of inter-communicating VMs. Along with that, we study the impact of the VM's lifetime on the migration decisions in order to maintain the stability of the cloud system. Finally, to evaluate and validate our approach, we use experimental tests as well as simulation environments. The results of the conducted experiments show the effectiveness of our proposals