Planning and Optimization During the Life-Cycle of Service Level Agreements for Cloud Computing

Ein Service Level Agreement (SLA) ist ein elektronischer Vertrag zwischen dem Kunden und dem Anbieter eines Services. Die beteiligten Partner kl aren ihre Erwartungen und Verp ichtungen in Bezug auf den Dienst und dessen Qualit at. SLAs werden bereits f ur die Beschreibung von Cloud-Computing-Diensten eingesetzt. Der Diensteanbieter stellt sicher, dass die Dienstqualit at erf ullt wird und mit den Anforderungen des Kunden bis zum Ende der vereinbarten Laufzeit ubereinstimmt. Die Durchf uhrung der SLAs erfordert einen erheblichen Aufwand, um Autonomie, Wirtschaftlichkeit und E zienz zu erreichen. Der gegenw artige Stand der Technik im SLA-Management begegnet Herausforderungen wie SLA-Darstellung f ur Cloud- Dienste, gesch aftsbezogene SLA-Optimierungen, Dienste-Outsourcing und Ressourcenmanagement. Diese Gebiete scha en zentrale und aktuelle Forschungsthemen. Das Management von SLAs in unterschiedlichen Phasen w ahrend ihrer Laufzeit erfordert eine daf ur entwickelte Methodik. Dadurch wird die Realisierung von Cloud SLAManagement vereinfacht. Ich pr asentiere ein breit gef achertes Modell im SLA-Laufzeitmanagement, das die genannten Herausforderungen adressiert. Diese Herangehensweise erm oglicht eine automatische Dienstemodellierung, sowie Aushandlung, Bereitstellung und Monitoring von SLAs. W ahrend der Erstellungsphase skizziere ich, wie die Modellierungsstrukturen verbessert und vereinfacht werden k onnen. Ein weiteres Ziel von meinem Ansatz ist die Minimierung von Implementierungs- und Outsourcingkosten zugunsten von Wettbewerbsf ahigkeit. In der SLA-Monitoringphase entwickle ich Strategien f ur die Auswahl und Zuweisung von virtuellen Cloud Ressourcen in Migrationsphasen. Anschlie end pr ufe ich mittels Monitoring eine gr o ere Zusammenstellung von SLAs, ob die vereinbarten Fehlertoleranzen eingehalten werden. Die vorliegende Arbeit leistet einen Beitrag zu einem Entwurf der GWDG und deren wissenschaftlichen Communities. Die Forschung, die zu dieser Doktorarbeit gef uhrt hat, wurde als Teil von dem SLA@SOI EU/FP7 integriertem Projekt durchgef uhrt (contract No. 216556)

QoS Provisioning by Meta-Scheduling in Advance within SLA-Based Grid Environments

The establishment of agreements between users and the entities which manage the Grid resources is still a challenging task. On the one hand, an entity in charge of dealing with the communication with the users is needed, with the aim of signing resource usage contracts and also implementing some renegotiation techniques, among others. On the other hand, some mechanisms should be implemented which decide if the QoS requested could be achieved and, in such case, ensuring that the QoS agreement is provided. One way of increasing the probability of achieving the agreed QoS is by performing meta-scheduling of jobs in advance, that is, jobs are scheduled some time before they are actually executed. In this way, it becomes more likely that the appropriate resources are available to run the jobs when needed. So, this paper presents a framework built on top of Globus and the GridWay meta-scheduler to provide QoS by means of performing meta-scheduling in advance. Thanks to this, QoS requirements of jobs are met (i.e. jobs are finished within a deadline). Apart from that, the mechanisms needed to manage the communication between the users and the system are presented and implemented through SLA contracts based on the WS-Agreement specification

Grid-job scheduling with reservations and preemption

Computational grids make it possible to exploit grid resources across multiple clusters when grid jobs are deconstructed into tasks and allocated across clusters. Grid-job tasks are often scheduled in the form of workflows which require synchronization, and advance reservation makes it easy to guarantee predictable resource provisioning for these jobs. However, advance reservation for grid jobs creates roadblocks and fragmentation which adversely affects the system utilization and response times for local jobs. We provide a solution which incorporates relaxed reservations and uses a modified version of the standard grid-scheduling algorithm, HEFT, to obtain flexibility in placing reservations for workflow grid jobs. Furthermore, we deploy the relaxed reservation with modified HEFT as an extension of the preemption based job scheduling framework, SCOJO-PECT job scheduler. In SCOJO-PECT, relaxed reservations serve the additional purpose of permitting scheduler optimizations which shift the overall schedule forward. Furthermore, a propagation heuristics algorithm is used to alleviate the workflow job makespan extension caused by the slack of relaxed reservation. Our solution aims at decreasing the fragmentation caused by grid jobs, so that local jobs and system utilization are not compromised, and at the same time grid jobs also have reasonable response times

Towards a cloud enabler : from an optical network resource provisioning system to a generalized architecture for dynamic infrastructure services provisioning

This work was developed during a period where most of the optical management and provisioning system where manual and proprietary. This work contributed to the evolution of the state of the art of optical networks with new architectures and advanced virtual infrastructure services. The evolution of optical networks, and internet globally, have been very promising during the last decade. The impact of mobile technology, grid, cloud computing, HDTV, augmented reality and big data, among many others, have driven the evolution of optical networks towards current service technologies, mostly based on SDN (Software Defined Networking) architectures and NFV(Network Functions Virtualisation). Moreover, the convergence of IP/Optical networks and IT services, and the evolution of the internet and optical infrastructures, have generated novel service orchestrators and open source frameworks. In fact, technology has evolved that fast that none could foresee how important Internet is for our current lives. Said in other words, technology was forced to evolve in a way that network architectures became much more transparent, dynamic and flexible to the end users (applications, user interfaces or simple APIs). This Thesis exposes the work done on defining new architectures for Service Oriented Networks and the contribution to the state of the art. The research work is divided into three topics. It describes the evolution from a Network Resource Provisioning System to an advanced Service Plane, and ends with a new architecture that virtualized the optical infrastructure in order to provide coordinated, on-demand and dynamic services between the application and the network infrastructure layer, becoming an enabler for the new generation of cloud network infrastructures. The work done on defining a Network Resource Provisioning System established the first bases for future work on network infrastructure virtualization. The UCLP (User Light Path Provisioning) technology was the first attempt for Customer Empowered Networks and Articulated Private Networks. It empowered the users and brought virtualization and partitioning functionalities into the optical data plane, with new interfaces for dynamic service provisioning. The work done within the development of a new Service Plane allowed the provisioning of on-demand connectivity services from the application, and in a multi-domain and multi-technology scenario based on a virtual network infrastructure composed of resources from different infrastructure providers. This Service Plane facilitated the deployment of applications consuming large amounts of data under deterministic conditions, so allowing the networks behave as a Grid-class resource. It became the first on-demand provisioning system that at lower levels allowed the creation of one virtual domain composed from resources of different providers. The last research topic presents an architecture that consolidated the work done in virtualisation while enhancing the capabilities to upper layers, so fully integrating the optical network infrastructure into the cloud environment, and so providing an architecture that enabled cloud services by integrating the request of optical network and IT infrastructure services together at the same level. It set up a new trend into the research community and evolved towards the technology we use today based on SDN and NFV. Summing up, the work presented is focused on the provisioning of virtual infrastructures from the architectural point of view of optical networks and IT infrastructures, together with the design and definition of novel service layers. It means, architectures that enabled the creation of virtual infrastructures composed of optical networks and IT resources, isolated and provisioned on-demand and in advance with infrastructure re-planning functionalities, and a new set of interfaces to open up those services to applications or third parties.Aquesta tesi es va desenvolupar durant un període on la majoria de sistemes de gestió de xarxa òptica eren manuals i basats en sistemes propietaris. En aquest sentit, la feina presentada va contribuir a l'evolució de l'estat de l'art de les xarxes òptiques tant a nivell d’arquitectures com de provisió d’infraestructures virtuals. L'evolució de les xarxes òptiques, i d'Internet a nivell mundial, han estat molt prometedores durant l'última dècada. L'impacte de la tecnologia mòbil, la computació al núvol, la televisió d'alta definició, la realitat augmentada i el big data, entre molts altres, han impulsat l'evolució cap a xarxes d’altes prestacions amb nous serveis basats en SDN (Software Defined Networking) i NFV (Funcions de xarxa La virtualització). D'altra banda, la convergència de xarxes òptiques i els serveis IT, junt amb l'evolució d'Internet i de les infraestructures òptiques, han generat nous orquestradors de serveis i frameworks basats en codi obert. La tecnologia ha evolucionat a una velocitat on ningú podria haver predit la importància que Internet està tenint en el nostre dia a dia. Dit en altres paraules, la tecnologia es va veure obligada a evolucionar d'una manera on les arquitectures de xarxa es fessin més transparent, dinàmiques i flexibles vers als usuaris finals (aplicacions, interfícies d'usuari o APIs simples). Aquesta Tesi presenta noves arquitectures de xarxa òptica orientades a serveis. El treball de recerca es divideix en tres temes. Es presenta un sistema de virtualització i aprovisionament de recursos de xarxa i la seva evolució a un pla de servei avançat, per acabar presentant el disseny d’una nova arquitectura capaç de virtualitzar la infraestructura òptica i IT i proporcionar serveis de forma coordinada, i sota demanda, entre l'aplicació i la capa d'infraestructura de xarxa òptica. Tot esdevenint un facilitador per a la nova generació d'infraestructures de xarxa en el núvol. El treball realitzat en la definició del sistema de virtualització de recursos va establir les primeres bases sobre la virtualització de la infraestructura de xarxa òptica en el marc de les “Customer Empowered Networks” i “Articulated Private Networks”. Amb l’objectiu de virtualitzar el pla de dades òptic, i oferir noves interfícies per a la provisió de serveis dinàmics de xarxa. En quant al pla de serveis presentat, aquest va facilitat la provisió de serveis de connectivitat sota demanda per part de l'aplicació, tant en entorns multi-domini, com en entorns amb múltiples tecnologies. Aquest pla de servei, anomenat Harmony, va facilitar el desplegament de noves aplicacions que consumien grans quantitats de dades en condicions deterministes. En aquest sentit, va permetre que les xarxes es comportessin com un recurs Grid, i per tant, va esdevenir el primer sistema d'aprovisionament sota demanda que permetia la creació de dominis virtuals de xarxa composts a partir de recursos de diferents proveïdors. Finalment, es presenta l’evolució d’un pla de servei cap una arquitectura global que consolida el treball realitzat a nivell de convergència d’infraestructures (òptica + IT) i millora les capacitats de les capes superiors. Aquesta arquitectura va facilitar la plena integració de la infraestructura de xarxa òptica a l'entorn del núvol. En aquest sentit, aquest resultats van evolucionar cap a les tendències actuals de SDN i NFV. En resum, el treball presentat es centra en la provisió d'infraestructures virtuals des del punt de vista d’arquitectures de xarxa òptiques i les infraestructures IT, juntament amb el disseny i definició de nous serveis de xarxa avançats, tal i com ho va ser el servei de re-planificació dinàmicaPostprint (published version

Allocation optimale des ressources pour les applications et services de grille de calcul

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

A service-oriented Grid environment with on-demand QoS support

Grid Computing entstand aus der Vision für eine neuartige Recheninfrastruktur, welche darauf abzielt, Rechenkapazität so einfach wie Elektrizität im Stromnetz (power grid) verfügbar zu machen. Der entsprechende Zugriff auf global verteilte Rechenressourcen versetzt Forscher rund um den Globus in die Lage, neuartige Herausforderungen aus Wissenschaft und Technik in beispiellosem Ausmaß in Angriff zu nehmen. Die rasanten Entwicklungen im Grid Computing begünstigten auch Standardisierungsprozesse in Richtung Harmonisierung durch Service-orientierte Architekturen und die Anwendung kommerzieller Web Services Technologien. In diesem Kontext ist auch die Sicherung von Qualität bzw. entsprechende Vereinbarungen über die Qualität eines Services (QoS) wichtig, da diese vor allem für komplexe Anwendungen aus sensitiven Bereichen, wie der Medizin, unumgänglich sind. Diese Dissertation versucht zur Entwicklung im Grid Computing beizutragen, indem eine Grid Umgebung mit Unterstützung für QoS vorgestellt wird. Die vorgeschlagene Grid Umgebung beinhaltet eine sichere Service-orientierte Infrastruktur, welche auf Web Services Technologien basiert, sowie bedarfsorientiert und automatisiert HPC Anwendungen als Grid Services bereitstellen kann. Die Grid Umgebung zielt auf eine kommerzielle Nutzung ab und unterstützt ein durch den Benutzer initiiertes, fallweises und dynamisches Verhandeln von Serviceverträgen (SLAs). Das Design der QoS Unterstützung ist generisch, jedoch berücksichtigt die Implementierung besonders die Anforderungen von rechenintensiven und zeitkritischen parallelen Anwendungen, bzw. Garantien f¨ur deren Ausführungszeit und Preis. Daher ist die QoS Unterstützung auf Reservierung, anwendungsspezifische Abschätzung und Preisfestsetzung von Ressourcen angewiesen. Eine entsprechende Evaluation demonstriert die Möglichkeiten und das rationale Verhalten der QoS Infrastruktur. Die Grid Infrastruktur und insbesondere die QoS Unterstützung wurde in Forschungs- und Entwicklungsprojekten der EU eingesetzt, welche verschiedene Anwendungen aus dem medizinischen und bio-medizinischen Bereich als Services zur Verfügung stellen. Die EU Projekte GEMSS und Aneurist befassen sich mit fortschrittlichen HPC Anwendungen und global verteilten Daten aus dem Gesundheitsbereich, welche durch Virtualisierungstechniken als Services angeboten werden. Die Benutzung von Gridtechnologie als Basistechnologie im Gesundheitswesen ermöglicht Forschern und Ärzten die Nutzung von Grid Services in deren Arbeitsumfeld, welche letzten Endes zu einer Verbesserung der medizinischen Versorgung führt.Grid computing emerged as a vision for a new computing infrastructure that aims to make computing resources available as easily as electric power through the power grid. Enabling seamless access to globally distributed IT resources allows dispersed users to tackle large-scale problems in science and engineering in unprecedented ways. The rapid development of Grid computing also encouraged standardization, which led to the adoption of a service-oriented paradigm and an increasing use of commercial Web services technologies. Along these lines, service-level agreements and Quality of Service are essential characteristics of the Grid and specifically mandatory for Grid-enabling complex applications from certain domains such as the health sector. This PhD thesis aims to contribute to the development of Grid technologies by proposing a Grid environment with support for Quality of Service. The proposed environment comprises a secure service-oriented Grid infrastructure based on standard Web services technologies which enables the on-demand provision of native HPC applications as Grid services in an automated way and subject to user-defined QoS constraints. The Grid environment adopts a business-oriented approach and supports a client-driven dynamic negotiation of service-level agreements on a case-by-case basis. Although the design of the QoS support is generic, the implementation emphasizes the specific requirements of compute-intensive and time-critical parallel applications, which necessitate on-demand QoS guarantees such as execution time limits and price constraints. Therefore, the QoS infrastructure relies on advance resource reservation, application-specific resource capacity estimation, and resource pricing. An experimental evaluation demonstrates the capabilities and rational behavior of the QoS infrastructure. The presented Grid infrastructure and in particular the QoS support has been successfully applied and demonstrated in EU projects for various applications from the medical and bio-medical domains. The EU projects GEMSS and Aneurist are concerned with advanced e-health applications and globally distributed data sources, which are virtualized by Grid services. Using Grid technology as enabling technology in the health domain allows medical practitioners and researchers to utilize Grid services in their clinical environment which ultimately results in improved healthcare