AI for IT Operations (AIOps) on Cloud Platforms: Reviews, Opportunities and Challenges

Artificial Intelligence for IT operations (AIOps) aims to combine the power of AI with the big data generated by IT Operations processes, particularly in cloud infrastructures, to provide actionable insights with the primary goal of maximizing availability. There are a wide variety of problems to address, and multiple use-cases, where AI capabilities can be leveraged to enhance operational efficiency. Here we provide a review of the AIOps vision, trends challenges and opportunities, specifically focusing on the underlying AI techniques. We discuss in depth the key types of data emitted by IT Operations activities, the scale and challenges in analyzing them, and where they can be helpful. We categorize the key AIOps tasks as - incident detection, failure prediction, root cause analysis and automated actions. We discuss the problem formulation for each task, and then present a taxonomy of techniques to solve these problems. We also identify relatively under explored topics, especially those that could significantly benefit from advances in AI literature. We also provide insights into the trends in this field, and what are the key investment opportunities

A resource aware distributed LSI algorithm for scalable information retrieval

This thesis was submitted for the degree of Doctor of Philosophy and awarded by Brunel University.Latent Semantic Indexing (LSI) is one of the popular techniques in the information retrieval fields. Different from the traditional information retrieval techniques, LSI is not based on the keyword matching simply. It uses statistics and algebraic computations. Based on Singular Value Decomposition (SVD), the higher dimensional matrix is converted to a lower dimensional approximate matrix, of which the noises could be filtered. And also the issues of synonymy and polysemy in the traditional techniques can be overcome based on the investigations of the terms related with the documents. However, it is notable that LSI suffers a scalability issue due to the computing complexity of SVD. This thesis presents a resource aware distributed LSI algorithm MR-LSI which can solve the scalability issue using Hadoop framework based on the distributed computing model MapReduce. It also solves the overhead issue caused by the involved clustering algorithm. The evaluations indicate that MR-LSI can gain significant enhancement compared to the other strategies on processing large scale of documents. One remarkable advantage of Hadoop is that it supports heterogeneous computing environments so that the issue of unbalanced load among nodes is highlighted. Therefore, a load balancing algorithm based on genetic algorithm for balancing load in static environment is proposed. The results show that it can improve the performance of a cluster according to heterogeneity levels. Considering dynamic Hadoop environments, a dynamic load balancing strategy with varying window size has been proposed. The algorithm works depending on data selecting decision and modeling Hadoop parameters and working mechanisms. Employing improved genetic algorithm for achieving optimized scheduler, the algorithm enhances the performance of a cluster with certain heterogeneity levels

Proceedings of the First PhD Symposium on Sustainable Ultrascale Computing Systems (NESUS PhD 2016)

Proceedings of the First PhD Symposium on Sustainable Ultrascale Computing Systems (NESUS PhD 2016) Timisoara, Romania. February 8-11, 2016.The PhD Symposium was a very good opportunity for the young researchers to share information and knowledge, to present their current research, and to discuss topics with other students in order to look for synergies and common research topics. The idea was very successful and the assessment made by the PhD Student was very good. It also helped to achieve one of the major goals of the NESUS Action: to establish an open European research network targeting sustainable solutions for ultrascale computing aiming at cross fertilization among HPC, large scale distributed systems, and big data management, training, contributing to glue disparate researchers working across different areas and provide a meeting ground for researchers in these separate areas to exchange ideas, to identify synergies, and to pursue common activities in research topics such as sustainable software solutions (applications and system software stack), data management, energy efficiency, and resilience.European Cooperation in Science and Technology. COS

Proceedings of the First International Workshop on Sustainable Ultrascale Computing Systems (NESUS 2014): Porto, Portugal

Proceedings of: First International Workshop on Sustainable Ultrascale Computing Systems (NESUS 2014). Porto (Portugal), August 27-28, 2014

A resource aware distributed LSI algorithm for scalable information retrieval

Latent Semantic Indexing (LSI) is one of the popular techniques in the information retrieval fields. Different from the traditional information retrieval techniques, LSI is not based on the keyword matching simply. It uses statistics and algebraic computations. Based on Singular Value Decomposition (SVD), the higher dimensional matrix is converted to a lower dimensional approximate matrix, of which the noises could be filtered. And also the issues of synonymy and polysemy in the traditional techniques can be overcome based on the investigations of the terms related with the documents. However, it is notable that LSI suffers a scalability issue due to the computing complexity of SVD. This thesis presents a resource aware distributed LSI algorithm MR-LSI which can solve the scalability issue using Hadoop framework based on the distributed computing model MapReduce. It also solves the overhead issue caused by the involved clustering algorithm. The evaluations indicate that MR-LSI can gain significant enhancement compared to the other strategies on processing large scale of documents. One remarkable advantage of Hadoop is that it supports heterogeneous computing environments so that the issue of unbalanced load among nodes is highlighted. Therefore, a load balancing algorithm based on genetic algorithm for balancing load in static environment is proposed. The results show that it can improve the performance of a cluster according to heterogeneity levels. Considering dynamic Hadoop environments, a dynamic load balancing strategy with varying window size has been proposed. The algorithm works depending on data selecting decision and modeling Hadoop parameters and working mechanisms. Employing improved genetic algorithm for achieving optimized scheduler, the algorithm enhances the performance of a cluster with certain heterogeneity levels.EThOS - Electronic Theses Online ServiceGBUnited Kingdo

Scalable Storage for Digital Libraries

I propose a storage system optimised for digital libraries. Its key features are its heterogeneous scalability; its integration and exploitation of rich semantic metadata associated with digital objects; its use of a name space; and its aggressive performance optimisation in the digital library domain

Streaming Data Algorithm Design for Big Trajectory Data Analysis

Trajectory streams consist of large volumes of time-stamped spatial data that are constantly generated from diverse and geographically distributed sources. Discovery of traveling patterns on trajectorystreamssuchasgatheringandcompaniesneedstoprocesseachrecordwhenitarrivesand correlatesacrossmultiplerecordsnearreal-time. Thustechniquesforhandlinghigh-speedtrajectorystreamsshouldscaleondistributedclustercomputing. Themainissuesencapsulatethreeaspects, namely a data model to represent the continuous trajectory data, the parallelism of a discovery algorithm, and end-to-end performance improvement. In this thesis, I propose two parallel discovery methods,namelysnapshotmodelandslotmodelthateachconsistsof1)amodelofpartitioningtrajectoriessampledondifferenttimeintervals;2)definitionondistancemeasurementsoftrajectories; and 3) a parallel discovery algorithm. I develop these methods in a stream processing workflow. I evaluate our solution with a public dataset on Amazon Web Services (AWS) cloud cluster. From parallelization point of view, I investigate system performance, scalability, stability and pinpoint principle operations that contribute most to the run-time cost of computation and data shuffling. I improve data locality with fine-tuned data partition and data aggregation techniques. I observe that both models can scale on a cluster of nodes as the intensity of trajectory data streams grows. Generally, snapshot model has higher throughput thus lower latency, while slot model produce more accurate trajectory discovery

Optimización de algoritmos bioinspirados en sistemas heterogéneos CPU-GPU.

Los retos científicos del siglo XXI precisan del tratamiento y análisis de una ingente cantidad de información en la conocida como la era del Big Data. Los futuros avances en distintos sectores de la sociedad como la medicina, la ingeniería o la producción eficiente de energía, por mencionar sólo unos ejemplos, están supeditados al crecimiento continuo en la potencia computacional de los computadores modernos. Sin embargo, la estela de este crecimiento computacional, guiado tradicionalmente por la conocida “Ley de Moore”, se ha visto comprometido en las últimas décadas debido, principalmente, a las limitaciones físicas del silicio. Los arquitectos de computadores han desarrollado numerosas contribuciones multicore, manycore, heterogeneidad, dark silicon, etc, para tratar de paliar esta ralentización computacional, dejando en segundo plano otros factores fundamentales en la resolución de problemas como la programabilidad, la fiabilidad, la precisión, etc. El desarrollo de software, sin embargo, ha seguido un camino totalmente opuesto, donde la facilidad de programación a través de modelos de abstracción, la depuración automática de código para evitar efectos no deseados y la puesta en producción son claves para una viabilidad económica y eficiencia del sector empresarial digital. Esta vía compromete, en muchas ocasiones, el rendimiento de las propias aplicaciones; consecuencia totalmente inadmisible en el contexto científico. En esta tesis doctoral tiene como hipótesis de partida reducir las distancias entre los campos hardware y software para contribuir a solucionar los retos científicos del siglo XXI. El desarrollo de hardware está marcado por la consolidación de los procesadores orientados al paralelismo masivo de datos, principalmente GPUs Graphic Processing Unit y procesadores vectoriales, que se combinan entre sí para construir procesadores o computadores heterogéneos HSA. En concreto, nos centramos en la utilización de GPUs para acelerar aplicaciones científicas. Las GPUs se han situado como una de las plataformas con mayor proyección para la implementación de algoritmos que simulan problemas científicos complejos. Desde su nacimiento, la trayectoria y la historia de las tarjetas gráficas ha estado marcada por el mundo de los videojuegos, alcanzando altísimas cotas de popularidad según se conseguía más realismo en este área. Un hito importante ocurrió en 2006, cuando NVIDIA (empresa líder en la fabricación de tarjetas gráficas) lograba hacerse con un hueco en el mundo de la computación de altas prestaciones y en el mundo de la investigación con el desarrollo de CUDA “Compute Unified Device Arquitecture. Esta arquitectura posibilita el uso de la GPU para el desarrollo de aplicaciones científicas de manera versátil. A pesar de la importancia de la GPU, es interesante la mejora que se puede producir mediante su utilización conjunta con la CPU, lo que nos lleva a introducir los sistemas heterogéneos tal y como detalla el título de este trabajo. Es en entornos heterogéneos CPU-GPU donde estos rendimientos alcanzan sus cotas máximas, ya que no sólo las GPUs soportan el cómputo científico de los investigadores, sino que es en un sistema heterogéneo combinando diferentes tipos de procesadores donde podemos alcanzar mayor rendimiento. En este entorno no se pretende competir entre procesadores, sino al contrario, cada arquitectura se especializa en aquella parte donde puede explotar mejor sus capacidades. Donde mayor rendimiento se alcanza es en estos clústeres heterogéneos, donde múltiples nodos son interconectados entre sí, pudiendo dichos nodos diferenciarse no sólo entre arquitecturas CPU-GPU, sino también en las capacidades computacionales dentro de estas arquitecturas. Con este tipo de escenarios en mente, se presentan nuevos retos en los que lograr que el software que hemos elegido como candidato se ejecuten de la manera más eficiente y obteniendo los mejores resultados posibles. Estas nuevas plataformas hacen necesario un rediseño del software para aprovechar al máximo los recursos computacionales disponibles. Se debe por tanto rediseñar y optimizar los algoritmos existentes para conseguir que las aportaciones en este campo sean relevantes, y encontrar algoritmos que, por su propia naturaleza sean candidatos para que su ejecución en dichas plataformas de alto rendimiento sea óptima. Encontramos en este punto una familia de algoritmos denominados bioinspirados, que utilizan la inteligencia colectiva como núcleo para la resolución de problemas. Precisamente esta inteligencia colectiva es la que les hace candidatos perfectos para su implementación en estas plataformas bajo el nuevo paradigma de computación paralela, puesto que las soluciones pueden ser construidas en base a individuos que mediante alguna forma de comunicación son capaces de construir conjuntamente una solución común. Esta tesis se centrará especialmente en uno de estos algoritmos bioinspirados que se engloba dentro del término metaheurísticas bajo el paradigma del Soft Computing, el Ant Colony Optimization “ACO”. Se realizará una contextualización, estudio y análisis del algoritmo. Se detectarán las partes más críticas y serán rediseñadas buscando su optimización y paralelización, manteniendo o mejorando la calidad de sus soluciones. Posteriormente se pasará a implementar y testear las posibles alternativas sobre diversas plataformas de alto rendimiento. Se utilizará el conocimiento adquirido en el estudio teórico-práctico anterior para su aplicación a casos reales, más en concreto se mostrará su aplicación sobre el plegado de proteínas. Todo este análisis es trasladado a su aplicación a un caso concreto. En este trabajo, aunamos las nuevas plataformas hardware de alto rendimiento junto al rediseño e implementación software de un algoritmo bioinspirado aplicado a un problema científico de gran complejidad como es el caso del plegado de proteínas. Es necesario cuando se implementa una solución a un problema real, realizar un estudio previo que permita la comprensión del problema en profundidad, ya que se encontrará nueva terminología y problemática para cualquier neófito en la materia, en este caso, se hablará de aminoácidos, moléculas o modelos de simulación que son desconocidos para los individuos que no sean de un perfil biomédico.Ingeniería, Industria y Construcció