An energy-aware combinatorial virtual machine allocation model for green cloud computing

Abstract

Sanal Makine Tahsis Problemi, sanallaştırılmış bulut ortamı için tanımlanmış bir kaynak tahsis problemidir. Bu tezde Sanal Makine Tahsis Problemi için birleşimsel açık artırma tabanlı bir matematiksel model önerilmektedir. Bu modelde, bulut kullanıcıları karmaşık sanal makine tahsis isteklerini bir teklif dili kullanarak bulut sistemi sağlayıcılarına iletebilirler. Bunun ardından, önerilen model, sanal makinelerin fiziksel hesaplama kaynaklarına eşleştirilmesini de gözeterek karşılıklı kabul edilebilir en karlı teklif kümesini seçer. Bahsedilen eşleştirme işlemi enerji maliyetini en aza indirecek şekilde gerçekleştirilir, böylece Sanal Makine Tahsis Problemine enerji etkin bir çözüm üretilir. Modelin statik ve dinamik olmak üzere iki farklı çeşidi sunulmaktadır. Statik model ve dinamik model hesaplama kaynaklarının sanal makine çalışmasına göre nasıl yapılandırıldığı konusunda birbirinden ayrılır. Önerilen model matematiksel olarak tanımlanmıştır ve iki çeşit için de Kazanan Belirleme Problemi, Doğrusal Tam Sayı Programlama yöntemi kullanılarak formülleştirilmiştir. Problemin NP-Zor olduğu ispatlanmıştır, bu yüzden bir dizi sezgisel çözüm yöntemi önerilmiştir. Model için bir test üreteci geliştirilmiş ve kapsamlı bir test kümesi hazırlanmıştır. Modelin performansı ve bulut ortamındaki enerji etkinliği açısından faydaları hazırlanan test kümesi kullanılarak yapılan testler ile gösterilmiştir. İlaveten modelin iki farklı çeşidinin kendi arasında ve sezgisel yöntemlerin en iyi sonuçlar ile karşılaştırmaları da sunulmuştur.

Virtual Machine Allocation Problem is a resource allocation problem in virtualized cloud environments. This thesis proposes a combinatorial auction based mathematical model for the Virtual Machine Allocation Problem. In this model, cloud users submit their complicated virtual machine allocation requests to the cloud provider using the provided bidding language. The proposed model then selects the most profitable set of bids which are mutually satisfiable while considering the mapping of the virtual machines to the physical computational resources. This mapping process is carried out so as to minimize the energy cost, thus providing an energy efficient solution to the Virtual Machine Allocation Problem. Two variants of the model are proposed: the static model and the dynamic model. These variants are differentiated on how the computational resources are configured for virtual machine execution. The proposed model is mathematically defined and the winner determination problems for the two variants are formulated using linear integer programming. Since the problem is proven to be NP-hard, a number of heuristic solution methods are also introduced. A test case generator for the model is implemented and a comprehensive test suite is prepared. The performance of the model and its benefits in cloud environments in terms of energy efficiency are experimentally demonstrated on the prepared test suite. Comparison of two variations of the models, heuristic methods to optimal solutions are also presented.