Resource Management in Large-scale Systems

The focus of this thesis is resource management in large-scale systems. Our primary concerns are energy management and practical principles for self-organization and self-management. The main contributions of our work are: 1. Models. We proposed several models for different aspects of resource management, e.g., energy-aware load balancing and application scaling for the cloud ecosystem, hierarchical architecture model for self-organizing and self-manageable systems and a new cloud delivery model based on auction-driven self-organization approach. 2. Algorithms. We also proposed several different algorithms for the models described above. Algorithms such as coalition formation, combinatorial auctions and clustering algorithm for scale-free organizations of scale-free networks. 3. Evaluation. Eventually we conducted different evaluations for the proposed models and algorithms in order to verify them. All the simulations reported in this thesis had been carried out on different instances and services of Amazon Web Services (AWS). All of these modules will be discussed in detail in the following chapters respectively

Combinatorial Auction-based Mechanisms for Composite Web Service Selection

Composite service selection presents the opportunity for the rapid development of complex applications using existing web services. It refers to the problem of selecting a set of web services from a large pool of available candidates to logically compose them to achieve value-added composite services. The aim of service selection is to choose the best set of services based on the functional and non-functional (quality related) requirements of a composite service requester. The current service selection approaches mostly assume that web services are offered as single independent entities; there is no possibility for bundling. Moreover, the current research has mainly focused on solving the problem for a single composite service. There is a limited research to date on how the presence of multiple requests for composite services affects the performance of service selection approaches. Addressing these two aspects can significantly enhance the application of composite service selection approaches in the real-world. We develop new approaches for the composite web service selection problem by addressing both the bundling and multiple requests issues. In particular, we propose two mechanisms based on combinatorial auction models, where the provisioning of multiple services are auctioned simultaneously and service providers can bid to offer combinations of web services. We mapped these mechanisms to Integer Linear Programing models and conducted extensive simulations to evaluate them. The results of our experimentation show that bundling can lead to cost reductions compared to when services are offered independently. Moreover, the simultaneous consideration of a set of requests enhances the success rate of the mechanism in allocating services to requests. By considering all composite service requests at the same time, the mechanism achieves more homogenous prices which can be a determining factor for the service requester in choosing the best composite service selection mechanism to deploy

Globa, L.

Проведено аналіз стану та проблем, які виникають при наданні послуг в глобальних мережах, зокрема в системах Cloud Computing та Grid, а також моделей, методів та алгоритмів надання сервісів і їх тарифікації показав, що наявно ряд вузьких місць в системі надання послуг в глобальному середовищі як для Інтернет-провайдерів, так і операторів зв’язку, зокрема систем обробки викликів, обробки запитів в дата-цетрах та тарифікації, оскільки при недостатніх їх потужностях кінцевий користувач не може отримати замовлену послугу. Розроблено метод розподілу ресурсів серверу тарифікації з урахуванням потреб у ресурсах заявок на обслуговування різних типів послуг, який дозволив врахувати статистичні дані про добове навантаження різних типів сервісів та підвищити економічну ефективність обслуговування. Удосконалено систему балансування навантаження між набором доступних серверів, які можуть здійснювати обслуговування, враховуючи як показники завантаженості основного та додаткового серверів, так і витрати на транспортування потоку заявок (часові та економічні), це дозволить підвищити гнучкість та відмовостійкість систем надання послуг в глобальних мережах. На основі удосконаленої системи тарифікації, яка передбачає набір засобів контролю використання ресурсів, а саме контроль розподілу технічних ресурсів, контроль за процесом керування вхідним потоком навантаження на один сервер тарифікації, контроль за процесом перерозподілу потоку заявок на тарифікацію між набором серверів тарифікації; розроблено рекомендації щодо зміни програмних компонент системи тарифікації OCS та запропоновано опис роботи її удосконалених компонент у вигляді проекту програмної документації.The analysis of the status and problems arising in the provision of services in global networks, particularly in systems Cloud Computing and Grid, as well as models, methods and algorithms to provide services and their pricing shown that the existing number of bottlenecks in the system to provide services in a global environment for ISPs and telecom operators, including call processing systems, query processing in data сetre and charging, since the lack of facilities the end user can not pick up service. The method of allocation of resources based billing server resource requirements of applications for maintenance of various types of services that allow to take into account the statistics of daily load different types of services and improve the economic efficiency of service. The system load balancing between a set of available servers that can perform service, including both indicators of congestion primary and secondary servers, and the cost of transporting flow applications (time and economic), it will increase the flexibility and resiliency of the provision of services in global networks. Based on the improved charging system, which provides a set of controls using resources such as the distribution of control inputs, control of process control input stream load per server pricing, control over the process of redistribution of tariff applications between servers set pricing; recommendations for changes of software components and charging OCS proposed description of its components improved as a draft program documentation.Проведён анализ состояния и проблем, которые возникают при предоставлении услуг в глобальных сетях, в частности в системах Cloud Computing и Grid, а также моделей, методов и алгоритмов предоставления сервисов и их тарификации показал, что наглядно ряд узких мест в системе предоставления услуг в глобальной среде как для Интернет-провайдеров, так и операторов связи, в частности систем обработки вызовов, обработки запросов в дата-центре и тарификации, поскольку при недостаточных их мощностях конечный пользователь не может получить заказанную услугу. Разработан метод распределения ресурсов сервера тарификации с учетом потребностей в ресурсах заявок на обслуживание различных типов услуг, который позволил учесть статистические данные о суточной нагрузки различных типов сервисов и повысить экономическую эффективность обслуживания. Усовершенствована система балансировки нагрузки между набором доступных серверов, которые могут осуществлять обслуживание, учитывая как показатели загруженности основного и дополнительного серверов, так и расходы на транспортировку потока заявок (временные и экономические), это позволит повысить гибкость и отказоустойчивость систем предоставления услуг в глобальных сетях. На основе усовершенствованной системы тарификации, которая предусматривает набор средств контроля использования ресурсов, а именно контроль распределения технических ресурсов, контроль за процессом управления входным потоком нагрузка на один сервер тарификации, контроль за процессом перераспределения потока заявок на тарификацию между набором серверов тарификации; разработаны рекомендации по изменению программных компонент системы тарификации OCS и предложено описание работы ее усовершенствованных компонент в виде проекта программной документации

Advanced approach to production workflow composition on engineering knowledge portals

Проблематика. В середовищі інженерних порталів знань зосереджена велика кількість часткових робочих процесів, що поєднуються у загальний робочий процес, з метою виконання реальної комплексної виробничої розрахункової задачі. Характеристики таких часткових робочих процесів та структура загальних робочих процесів є недостатньо дослідженими, що впливає на неможливість динамічного формування загального виробничого робочого процесу. Мета досліджень. Створення підходу до динамічного формування загального виробничого робочого процесу на основі порівняння метаописів часткових робочих процесів інженерних порталів знань. Методика реалізації. Аналіз параметрів та характеристик часткових робочих процесів, а також структури загальних виробничих робочих процесів порталів знань дав змогу задати правила включення часткових робочих процесів у загальні виробничі робочі процеси (на базі порівняння значень метаописів робочих процесів), побудувати алгебраїчну модель загального виробничого робочого процесу, а також розробити метод формування дерева виробничого робочого процесу. Результати досліджень. Виконано експериментальне дослідження по застосуванню запропонованого підходу до динамічного формування загального виробничого робочого процесу для реального комплексного виробничого робочого процесу інженерного порталу знань «Розрахунок на міцність силових магнітних систем». Висновки. Запропоновано підхід до динамічного формування загального виробничого робочого процесу на порталах інженерних знань, що дозволяє на основі порівняння значень метаописів часткових робочих процесів обрати з їх множини тільки ті, що необхідні для виконання реального комплексного робочого процесу.Background. In the environment of engineering knowledge portals great amount of partial workflows is concentrated. Such workflows are composed into general workflow aiming to perform real complex production task. Characteristics of partial workflows and general workflow structure are not studied enough, that affects the impossibility of general production workflow dynamic composition. Objective. Creating an approach to the general production workflow dynamic composition based on the partial workflows meta-descriptions comparison on engineering knowledge portals. Methods. Analysis of the partial parameters workflow and characteristics and the structure of general production workflow of knowledge portals made it possible to specify rules for partial workflows inclusion into general production workflow (based on workflows meta-descriptions comparison), to design algebraic model of general production workflow and develop the production workflow tree forming method. Results. Experimental investigation was made on the application of suggested approach to general production workflow dynamic composition for real complex production workflow of engineering knowledge portal “Calculation of the strength for the power components of magnetic systems”. Conclusions. The approach to the general production workflow dynamic composition on engineering knowledge portals is suggested, that allows, based on comparison of the partial workflows meta-descriptions values, choosing from their set workflows that are required to perform real complex workflow.Проблематика. В среде инженерных порталов знаний сосредоточено большое количество частичных рабочих процессов, которые объединяются в общий рабочий процесс с целью выполнения реальной комплексной производственной расчетной задачи. Характеристики таких частичных рабочих процессов и структура общих процессов недостаточно исследованы, что влияет на невозможность динамического формирования общего производственного процесса. Цель исследований. Создание подхода к динамическому формированию общего производственного рабочего процесса на основании сравнения метаописаний частичных рабочих процессов инженерных порталов знаний. Методика реализации. Анализ параметров и характеристик частичных рабочих процессов, а также структуры общих производственных рабочих процессов порталов знаний дал возможность задать правила включения частичных рабочих процессов в общие производственные рабочие процессы (на базе сравнения значений метаописаний рабочих процессов), построить алгебраическую модель общего производственного процесса, а также разработать метод формирования дерева производственного рабочего процесса. Результаты исследований. Выполнено экспериментальное исследование по применению предложенного подхода к динамическому формированию общего производственного рабочего процесса для реального комплексного производственного рабочего процесса инженерного портала знаний «Расчет на прочность силовых магнитных систем». Выводы. Предложено подход к динамическому формированию общего производственного рабочего процесса на порталах инженерных знаний, который позволяет на основании сравнения значений метаописаний частичных рабочих процессов выбрать из их множества те, которые необходимы для выполнения реального комплексного рабочего процесса

EXPLORING THE SPECTRUM OF MOTIVATION IN SECOND LANGUAGE SETTINGS: IDENTIFYING AND EVALUATING NEW FORMS OF MOTIVATION IN COLLEGE FOREIGN LANGUAGE COURSES

The main objectives of this study were: to determine if college students in foreign language classes had more external motivation than internal motivation; to investigate the strength of motivation in college foreign language settings; to determine differences in primary-goal motivation (PGM) and in secondary-goal motivation (SGM) in college foreign language settings. This study also examined the validity and reliability of the newly-created motivational constructs via the Motivation in College Foreign Language Courses (MCFLC) questionnaire designed for the purposes of this study. The general research implications of the study were: defining and evaluating the different constructs of motivation in college foreign language settings. For the purposes of this research, I created, pilot-tested, and administered the MCFLC survey to college foreign language students during 2010 - 2011 school year. I used randomly selected responses from a total of 60 participants in beginning and advanced Spanish (as a foreign language) classes. The MCFLC consisted of 51 items and included a demographic section (8 items) and motivation scales (43 items). The motivation section was comprised of four different motivational categories, five different scales measuring different components of motivation, and an index linked to future foreign language acquisition goals. The research findings demonstrated decisively the validity and reliability of the motivational concepts. The results also confirmed that primary-goal and secondary-goal motivation manifested at the significant level in college foreign language environment. The results of the study also indicated explicitly that college students in advanced foreign language classes had higher levels of motivation to gain foreign language skills (MGFLS); and learners with more MGFLS at both levels of foreign language acquisition seemed to be more willing to continue their foreign language education than the rest of their peers. Furthermore, all of the participants displayed higher levels of PGM than of SGM, and participants in the advanced group had more SGM than their fellow students in the beginning group. Finally, the research findings added to the understanding of motivation in second language, and substantiated further examination of new motivational constructs and questionnaire in future studies on motivation in the field of second language acquisition

Прогрессивный подход к формированию производственного рабочего процесса на инженерных порталах знаний

Проблематика. В середовищі інженерних порталів знань зосереджена велика кількість часткових робочих процесів, що поєднуються у загальний робочий процес, з метою виконання реальної комплексної виробничої розрахункової задачі. Характеристики таких часткових робочих процесів та структура загальних робочих процесів є недостатньо дослідженими, що впливає на неможливість динамічного формування загального виробничого робочого процесу. Мета досліджень. Створення підходу до динамічного формування загального виробничого робочого процесу на основі порівняння метаописів часткових робочих процесів інженерних порталів знань. Методика реалізації. Аналіз параметрів та характеристик часткових робочих процесів, а також структури загальних виробничих робочих процесів порталів знань дав змогу задати правила включення часткових робочих процесів у загальні виробничі робочі процеси (на базі порівняння значень метаописів робочих процесів), побудувати алгебраїчну модель загального виробничого робочого процесу, а також розробити метод формування дерева виробничого робочого процесу. Результати досліджень. Виконано експериментальне дослідження по застосуванню запропонованого підходу до динамічного формування загального виробничого робочого процесу для реального комплексного виробничого робочого процесу інженерного порталу знань «Розрахунок на міцність силових магнітних систем». Висновки. Запропоновано підхід до динамічного формування загального виробничого робочого процесу на порталах інженерних знань, що дозволяє на основі порівняння значень метаописів часткових робочих процесів обрати з їх множини тільки ті, що необхідні для виконання реального комплексного робочого процесу.Background. In the environment of engineering knowledge portals great amount of partial workflows is concentrated. Such workflows are composed into general workflow aiming to perform real complex production task. Characteristics of partial workflows and general workflow structure are not studied enough, that affects the impossibility of general production workflow dynamic composition. Objective. Creating an approach to the general production workflow dynamic composition based on the partial workflows meta-descriptions comparison on engineering knowledge portals. Methods. Analysis of the partial parameters workflow and characteristics and the structure of general production workflow of knowledge portals made it possible to specify rules for partial workflows inclusion into general production workflow (based on workflows meta-descriptions comparison), to design algebraic model of general production workflow and develop the production workflow tree forming method. Results. Experimental investigation was made on the application of suggested approach to general production workflow dynamic composition for real complex production workflow of engineering knowledge portal “Calculation of the strength for the power components of magnetic systems”. Conclusions. The approach to the general production workflow dynamic composition on engineering knowledge portals is suggested, that allows, based on comparison of the partial workflows meta-descriptions values, choosing from their set workflows that are required to perform real complex workflow.Проблематика. В среде инженерных порталов знаний сосредоточено большое количество частичных рабочих процессов, которые объединяются в общий рабочий процесс с целью выполнения реальной комплексной производственной расчетной задачи. Характеристики таких частичных рабочих процессов и структура общих процессов недостаточно исследованы, что влияет на невозможность динамического формирования общего производственного процесса. Цель исследований. Создание подхода к динамическому формированию общего производственного рабочего процесса на основании сравнения метаописаний частичных рабочих процессов инженерных порталов знаний. Методика реализации. Анализ параметров и характеристик частичных рабочих процессов, а также структуры общих производственных рабочих процессов порталов знаний дал возможность задать правила включения частичных рабочих процессов в общие производственные рабочие процессы (на базе сравнения значений метаописаний рабочих процессов), построить алгебраическую модель общего производственного процесса, а также разработать метод формирования дерева производственного рабочего процесса. Результаты исследований. Выполнено экспериментальное исследование по применению предложенного подхода к динамическому формированию общего производственного рабочего процесса для реального комплексного производственного рабочего процесса инженерного портала знаний «Расчет на прочность силовых магнитных систем». Выводы. Предложено подход к динамическому формированию общего производственного рабочего процесса на порталах инженерных знаний, который позволяет на основании сравнения значений метаописаний частичных рабочих процессов выбрать из их множества те, которые необходимы для выполнения реального комплексного рабочего процесса