Provendo robustez a escalonadores de workflows sensíveis às incertezas da largura de banda disponível

Orientadores: Edmundo Roberto Mauro Madeira, Luiz Fernando BittencourtTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de ComputaçãoResumo: Para que escalonadores de aplicações científicas modeladas como workflows derivem escalonamentos eficientes em nuvens híbridas, é necessário que se forneçam, além da descrição da demanda computacional desses aplicativos, as informações sobre o poder de computação dos recursos disponíveis, especialmente aqueles dados relacionados com a largura de banda disponível. Entretanto, a imprecisão das ferramentas de medição fazem com que as informações da largura de banda disponível fornecida aos escalonadores difiram dos valores reais que deveriam ser considerados para se obter escalonamentos quase ótimos. Escalonadores especialmente projetados para nuvens híbridas simplesmente ignoram a existência de tais imprecisões e terminam produzindo escalonamentos enganosos e de baixo desempenho, o que os tornam sensíveis às informações incertas. A presente Tese introduz um procedimento pró-ativo para fornecer um certo nível de robustez a escalonamentos derivados de escalonadores não projetados para serem robustos frente às incertezas decorrentes do uso de informações imprecisas dadas por ferramentas de medições de rede. Para tornar os escalonamentos sensíveis às incertezas em escalonamentos robustos às essas imprecisões, o procedimento propõe um refinamento (uma deflação) das estimativas da largura de banda antes de serem utilizadas pelo escalonador não robusto. Ao propor o uso de estimativas refinadas da largura de banda disponível, escalonadores inicialmente sensíveis às incertezas passaram a produzir escalonamentos com um certo nível de robustez às essas imprecisões. A eficácia e a eficiência do procedimento proposto são avaliadas através de simulação. Comparam-se, portanto, os escalonamentos gerados por escalonadores que passaram a usar o procedimento proposto com aqueles produzidos pelos mesmos escalonadores mas sem aplicar esse procedimento. Os resultados das simulações mostram que o procedimento proposto é capaz de prover robustez às incertezas da informação da largura de banda a escalonamentos derivados de escalonardes não robustos às tais incertezas. Adicionalmente, esta Tese também propõe um escalonador de aplicações científicas especialmente compostas por um conjunto de workflows. A novidade desse escalonador é que ele é flexível, ou seja, permite o uso de diferentes categorias de funções objetivos. Embora a flexibilidade proposta seja uma novidade no estado da arte, esse escalonador também é sensível às imprecisões da largura de banda. Entretanto, o procedimento mostrou-se capaz de provê-lo de robustez frente às tais incertezas. É mostrado nesta Tese que o procedimento proposto aumentou a eficácia e a eficiência de escalonadores de workflows não robustos projetados para nuvens híbridas, já que eles passaram a produzir escalonamentos com um certo nível de robustez na presença de estimativas incertas da largura de banda disponível. Dessa forma, o procedimento proposto nesta Tese é uma importante ferramenta para aprimorar os escalonadores sensíveis às estimativas incertas da banda disponível especialmente projetados para um ambiente computacional onde esses valores são imprecisos por natureza. Portanto, esta Tese propõe um procedimento que promove melhorias nas execuções de aplicações científicas em nuvens híbridasAbstract: To derive efficient schedules for the tasks of scientific applications modelled as workflows, schedulers need information on the application demands as well as on the resource availability, especially those regarding the available bandwidth. However, the lack of precision of bandwidth estimates provided by monitoring/measurement tools should be considered by the scheduler to achieve near-optimal schedules. Uncertainties of available bandwidth can be a result of imprecise measurement and monitoring network tools and/or their incapacity of estimating in advance the real value of the available bandwidth expected for the application during the scheduling step of the application. Schedulers specially designed for hybrid clouds simply ignore the inaccuracies of the given estimates and end up producing non-robust, low-performance schedules, which makes them sensitive to the uncertainties stemming from using these networking tools. This thesis introduces a proactive procedure to provide a certain level of robustness for schedules derived from schedulers that were not designed to be robust in the face of uncertainties of bandwidth estimates stemming from using unreliable networking tools. To make non-robust schedulers into robust schedulers, the procedure applies a deflation on imprecise bandwidth estimates before being used as input to non-robust schedulers. By proposing the use of refined (deflated) estimates of the available bandwidth, non-robust schedulers initially sensitive to these uncertainties started to produce robust schedules that are insensitive to these inaccuracies. The effectiveness and efficiency of the procedure in providing robustness to non-robust schedulers are evaluated through simulation. Schedules generated by induced-robustness schedulers through the use of the procedure is compared to that of produced by sensitive schedulers. In addition, this thesis also introduces a flexible scheduler for a special case of scientific applications modelled as a set of workflows grouped into ensembles. Although the novelty of this scheduler is the replacement of objective functions according to the user's needs, it is still a non-robust scheduler. However, the procedure was able to provide the necessary robustness for this flexible scheduler be able to produce robust schedules under uncertain bandwidth estimates. It is shown in this thesis that the proposed procedure enhanced the robustness of workflow schedulers designed especially for hybrid clouds as they started to produce robust schedules in the presence of uncertainties stemming from using networking tools. The proposed procedure is an important tool to furnish robustness to non-robust schedulers that are originally designed to work in a computational environment where bandwidth estimates are very likely to vary and cannot be estimated precisely in advance, bringing, therefore, improvements to the executions of scientific applications in hybrid cloudsDoutoradoCiência da ComputaçãoDoutor em Ciência da Computação2012/02778-6FAPES

A framework to manage uncertainties in cloud manufacturing environment

This research project aims to develop a framework to manage uncertainty in cloud manufacturing for small and medium enterprises (SMEs). The framework includes a cloud manufacturing taxonomy; guidance to deal with uncertainty in cloud manufacturing, by providing a process to identify uncertainties; a detailed step-by-step approach to managing the uncertainties; a list of uncertainties; and response strategies to security and privacy uncertainties in cloud manufacturing. Additionally, an online assessment tool has been developed to implement the uncertainty management framework into a real life context. To fulfil the aim and objectives of the research, a comprehensive literature review was performed in order to understand the research aspects. Next, an uncertainty management technique was applied to identify, assess, and control uncertainties in cloud manufacturing. Two well-known approaches were used in the evaluation of the uncertainties in this research: Simple Multi-Attribute Rating Technique (SMART) to prioritise uncertainties; and a fuzzy rule-based system to quantify security and privacy uncertainties. Finally, the framework was embedded into an online assessment tool and validated through expert opinion and case studies. Results from this research are useful for both academia and industry in understanding aspects of cloud manufacturing. The main contribution is a framework that offers new insights for decisions makers on how to deal with uncertainty at adoption and implementation stages of cloud manufacturing. The research also introduced a novel cloud manufacturing taxonomy, a list of uncertainty factors, an assessment process to prioritise uncertainties and quantify security and privacy related uncertainties, and a knowledge base for providing recommendations and solutions