Application Driven MOdels for Resource Management in Cloud Environments

El despliegue y la ejecución de aplicaciones de gran escala en sistemas distribuidos con unos parametros de Calidad de Servicio adecuados necesita gestionar de manera eficiente los recursos computacionales. Para desacoplar los requirimientos funcionales y los no funcionales (u operacionales) de dichas aplicaciones, se puede distinguir dos niveles de abstracción: i) el nivel funcional, que contempla aquellos requerimientos relacionados con funcionalidades de la aplicación; y ii) el nivel operacional, que depende del sistema distribuido donde se despliegue y garantizará aquellos parámetros relacionados con la Calidad del Servicio, disponibilidad, tolerancia a fallos y coste económico, entre otros. De entre las diferentes alternativas del nivel operacional, en la presente tesis se contempla un entorno cloud basado en la virtualización de contenedores, como puede ofrecer Kubernetes.El uso de modelos para el diseño de aplicaciones en ambos niveles permite garantizar que dichos requerimientos sean satisfechos. Según la complejidad del modelo que describa la aplicación, o el conocimiento que el nivel operacional tenga de ella, se diferencian tres tipos de aplicaciones: i) aplicaciones dirigidas por el modelo, como es el caso de la simulación de eventos discretos, donde el propio modelo, por ejemplo Redes de Petri de Alto Nivel, describen la aplicación; ii) aplicaciones dirigidas por los datos, como es el caso de la ejecución de analíticas sobre Data Stream; y iii) aplicaciones dirigidas por el sistema, donde el nivel operacional rige el despliegue al considerarlas como una caja negra.En la presente tesis doctoral, se propone el uso de un scheduler específico para cada tipo de aplicación y modelo, con ejemplos concretos, de manera que el cliente de la infraestructura pueda utilizar información del modelo descriptivo y del modelo operacional. Esta solución permite rellenar el hueco conceptual entre ambos niveles. De esta manera, se proponen diferentes métodos y técnicas para desplegar diferentes aplicaciones: una simulación de un sistema de Vehículos Eléctricos descrita a través de Redes de Petri; procesado de algoritmos sobre un grafo que llega siguiendo el paradigma Data Stream; y el propio sistema operacional como sujeto de estudio.En este último caso de estudio, se ha analizado cómo determinados parámetros del nivel operacional (por ejemplo, la agrupación de contenedores, o la compartición de recursos entre contenedores alojados en una misma máquina) tienen un impacto en las prestaciones. Para analizar dicho impacto, se propone un modelo formal de una infrastructura operacional concreta (Kubernetes). Por último, se propone una metodología para construir índices de interferencia para caracterizar aplicaciones y estimar la degradación de prestaciones incurrida cuando dos contenedores son desplegados y ejecutados juntos. Estos índices modelan cómo los recursos del nivel operacional son usados por las applicaciones. Esto supone que el nivel operacional maneja información cercana a la aplicación y le permite tomar mejores decisiones de despliegue y distribución.<br /