Sûreté de fonctionnement et provisionnement éco-énergétique dans les centres de données virtualisés IaaS

Dependability and energy efficient resource provisioning in virtualized data centers IaaS

• Auteur / Autrice : Zeineb Tayachi
• Direction : Kamel Barkaoui, Mohamed ESCHEIKH
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 09/07/2021
• Etablissement(s) : Paris, CNAM en cotutelle avec Université de Tunis El Manar
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Informatique, télécommunications et électronique de Paris (1992-...)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre d'études et de recherche en informatique et communications (Paris)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Karim Djouani, Samia Bouzefrane
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Nihal Pekergin, Djamil Aissani

Mots clés

Mots clés contrôlés

Circuits d'interface

Serveurs Web

Informatique dans les nuages

Mots clés libres

Cloud computing

Centre de données virtualisé

Serveur virtualisé

Commutateur virtuel

Modélisation

Métriques de performance

Cloud computing

Virtualized data center

Virtualized server

Virtual switch

Modeling

Performance metrics

Résumé

Le Cloud computing offre aux utilisateurs l’opportunité d’exploiter des services qui peuvent être des infrastructures, des plateformes, des applications,... Ceci représente un gain de temps et d’argent considérable puisque l’utilisateur n’a besoin ni d’investir dans une infrastructure onéreuse, ni de gérer sa maintenance, de plus il paye juste les ressources utilisées. Afin de prendre en charge des applications à grande échelle et stocker de gros volumes de données, les centres de données ont été largement déployés par des fournisseurs cloud. Cependant, les études ont montré une mauvaise utilisation des ressources qui ne sont pas exploitées pleinement. Les technologies de virtualisation ont permis d’améliorer la situation en déployant des centres de données virtualisés. Ces derniers sont des centres de données où tout ou une partie du matériel (par exemple, serveurs, routeurs, commutateurs et liens) est virtualisé à l’aide d’un logiciel appelé hyperviseur qui divise l’équipement en plusieurs instances virtuelles isolées et indépendantes (comme des machines virtuelles). Toutefois les performances des équipements peuvent être atténuées à cause de plusieurs phénomènes tels que le vieillissement logiciel. L’objectif de cette thèse est d’évaluer les performances de deux composants clés dans les centres de données qui sont le serveur virtualisé et le commutateur virtuel. Puisque, l’architecture de ces systèmes est complexe, on a opté pour utiliser les formalismes de modélisation avant de mettre en place des solutions pratiques. Notre première contribution concerne la modélisation et l’évaluation de la performabilité d’un serveur virtualisé qui implémente une politique de gestion de l’énergie et utilise le rajeunissement logiciel comme une technique proactive afin de prévenir les aléas de vieillissement logiciel. Cette modélisation est basée sur une approche modulaire utilisant le SRN (Stochastic Reward Nets) qui décrit les différents états du SVS ainsi que les transitions régissant le passage d’un état à l’autre. L’analyse numérique permet de capturer l’impact de la variation de la charge de travail et le trafic en rafale sur les métriques de performabilité, ce qui permet de bien définir les paramètres du système. La seconde contribution porte sur l’évaluation des performances d’un commutateur virtuel qui détermine les performances du réseau puisqu’il établit la communication entre des VMs. Le modèle analytique proposé représente l’architecture interne de cenoeud critique avec plusieurs cartes d’interface réseau (représentant des ports) et plusieurs cœurs de processeur (CPU). Chaque CPU sert un ensemble de ports. Le modèle est basé sur les files d’attente avec serveur en vacance et des arrivées groupées. Les résultats numériques montrent l’impact de la taille du groupe et la politique d’acceptation sur les performances du commutateur. Ces résultats peuvent être intéressants lors du dimensionnement des ressources d’un commutateur virtuel.

Cloud computing allows users to exploit services such as infrastructures, platforms, applications, ...This allows a considerable cost and time saving since users do not need buying and managing of equipment. Moreover, they just pay the resources used (pay-as-you go). With the increasing large-scale applications and the need to store huge quantities of data, data centers have been widely deployed. However, studies have shown the under utilization of resources. Therefore, Cloud providers resort to virtualization technologies that are adopted by data center architectures and virtualized data centres have been deployed. A Virtualized Data Center is a data center where some or all of the hardware (e.g, servers, routers, switches, and links) are virtualized by using software called hypervisor that divides the equipment into multiple isolated and independent virtual instances (e.g virtual machines (VMs)). However, equipment performance can be mitigated due to several phenomena such as software aging. In this thesis, we focus on performance evaluation of two components in the data centers which are the virtualized server and the virtual switch, by usingmodeling formalisms. The first contribution concerns performability modeling and analysis of server virtualized systems subject to software aging, software rejuvenation and implements an energy management policy. A modular approach based on SRNs is proposed to investigate dependencies between several server virtualized modules. Numerical analysis shows how workload with bursty nature impacts performability metrics. This can handle decision making related to rejuvenation scheduling algorithms and to select the suitable rejuvenation mechanism. The second contribution concerns virtual switch (VS) which is considered as key element in data center networks since it achieves the communication between virtual machines. An analytical queueing model with batch arrivals and server vacations is proposed to evaluate VS performance with several network interface cards and several CPU cores. Performance metrics are obtained as a function of two proposed batch acceptance strategies and mean batch size. Numerical results aremeaningful when sizing virtual switch resources.