Locality-preserving allocations Problems and coloured Bin Packing

We study the following problem, introduced by Chung et al. in 2006. We are given, online or offline, a set of coloured items of different sizes, and wish to pack them into bins of equal size so that we use few bins in total (at most $\alpha$ times optimal), and that the items of each colour span few bins (at most $\beta$ times optimal). We call such allocations $(\alpha, \beta)$-approximate. As usual in bin packing problems, we allow additive constants and consider $(\alpha,\beta)$ as the asymptotic performance ratios. We prove that for \eps>0, if we desire small $\alpha$, no scheme can beat (1+\eps, \Omega(1/\eps))-approximate allocations and similarly as we desire small $\beta$, no scheme can beat (1.69103, 1+\eps)-approximate allocations. We give offline schemes that come very close to achieving these lower bounds. For the online case, we prove that no scheme can even achieve $(O(1),O(1))$-approximate allocations. However, a small restriction on item sizes permits a simple online scheme that computes (2+\eps, 1.7)-approximate allocations

Lower bounds for several online variants of bin packing

We consider several previously studied online variants of bin packing and prove new and improved lower bounds on the asymptotic competitive ratios for them. For that, we use a method of fully adaptive constructions. In particular, we improve the lower bound for the asymptotic competitive ratio of online square packing significantly, raising it from roughly 1.68 to above 1.75.Comment: WAOA 201

Bounds for online bin packing with cardinality constraints

Abstract We study a bin packing problem in which a bin can contain at most k items of total size at most 1, where k ≥ 2 is a given parameter. Items are presented one by one in an online fashion. We analyze the best absolute competitive ratio of the problem and prove tight bounds of 2 for any k ≥ 4 . Additionally, we present bounds for relatively small values of k with respect to the asymptotic competitive ratio and the absolute competitive ratio. In particular, we provide tight bounds on the absolute competitive ratio of First Fit for k = 2 , 3 , 4 , and improve the known lower bounds on asymptotic competitive ratios for multiple values of k. Our method for obtaining a lower bound on the asymptotic competitive ratio using a certain type of an input is general, and we also use it to obtain an alternative proof of the known lower bound on the asymptotic competitive ratio of standard online bin packing

Automatic Scaling of Internet Applications for Cloud Computing Services

Abstract-Many Internet applications can benefit from an automatic scaling property where their resource usage can be scaled up and down automatically by the cloud service provider. We present a system that provides automatic scaling for Internet applications in the cloud environment. We encapsulate each application instance inside a virtual machine (VM) and use virtualization technology to provide fault isolation. We model it as the Class Constrained Bin Packing (CCBP) problem where each server is a bin and each class represents an application. The class constraint reflects the practical limit on the number of applications a server can run simultaneously. We develop an efficient semi-online color set algorithm that achieves good demand satisfaction ratio and saves energy by reducing the number of servers used when the load is low. Experiment results demonstrate that our system can improve the throughput by 180% over an open source implementation of Amazon EC2 and restore the normal QoS five times as fast during flash crowds. Large scale simulations demonstrate that our algorithm is extremely scalable: the decision time remains under 4 s for a system with 10 000 servers and 10 000 applications. This is an order of magnitude improvement over traditional application placement algorithms in enterprise environments

Solving the two-dimensional bin packing problem

Das ”two-dimensional bin packing” Problem mit orientierten Elementen und freiem Schneiden (2BP|O|F) wurde in dieser Arbeit diskutiert. Für dieses Problem müssen ein Set kleiner, rechteckiger Elemente in ein unbegrenztes Set von einheitlichen großen Objekten gepackt werden. Orientiert heißt, dass die Elemente nicht gedreht werden dürfen und freies Schneiden heißt, dass die Elemente überall im großen Objekt platziert werden können, solange sie innerhalb von diesem platziert werden und sich dabei nicht überlappen. Es gibt eine große Anzahl an Variationen für das Problem, wie zum Beispiel eine unterschiedliche Dimensionalität, unterschiedlich große Objekte, unregelmäßig geformte Elemente, rotierbare Elemente oder dass nur Guillotineschnitte vorgenommen werden können. Für diese Arbeit wurde ein neues ILP Modell entwickelt. Weiters wurde eine bereits existierende Heuristik (LGFi) verbessert, indem ein auf Wahrscheinlichkeiten basierender Ansatz verwendet wurde. Die Heuristik besteht aus einem Vorverarbeitungsschritt und einem zweiten Schritt in dem die Elemente gepackt werden. Das Ziel des Vorverarbeitungsschrittes ist es die Elemente zu sortieren und das Ziel des zweiten Schrittes ist es die sortierten Elemente zu packen. Was verändert wurde ist, dass die Elemente nicht mehr auf eine deterministische Weise sortiert werden sondern basierend auf Wahrscheinlichkeiten. Diese verbesserte Heuristik wurde mit Hilfe von drei verschiedenen Ansätzen auf 500 Instanzen, die von der Literatur zur Verfügung gestellt wurden, angewendet. Diese drei sind ein multi-start Ansatz, Beam Search und Variable Neighborhood Search. Alle drei übertreffen die bisher dagewesenen Ansätze, wobei Beam Search die schlechteste ist und der multi-start Ansatz und Variable Neighborhood Search am besten und etwa gleich gut sind. Außerdem wurden drei neue beste Lösungen für die 500 Instanzen gefunden