Virtualization techniques for memory resource exploitation

Cloud infrastructures have become indispensable in our daily lives with the rise of cloud-based services offered by companies like Facebook, Google, Amazon and many others. These cloud infrastructures use a large numbers of servers provisioned with their own computing resources. Each of these servers use a piece of software, called the Hypervisor (``HV''), that allows them to create multiple virtual instances of the server's physical computing resources and abstract them into "Virtual Machines'' (VMs). A VM runs an Operating System, which in turn runs the applications. The VMs within the servers generate varying memory demand behavior. When the demand increases, costly operations such as (virtual) disk accesses and/or VM migrations can occur. As a result, it is necessary to optimize the utilization of the local memory resources within a single computing server. However, pressure on the memory resources can still increase, making it necessary to migrate the VM to a different server with larger memory or add more memory to the same server. At this point, it is important to consider that some of the servers in the cloud infrastructure might have memory resources that they are not using. Considering the possibility to make memory available to the server, new architectures have been introduced that provide hardware support to enable servers to share their memory capacity. This thesis presents multiple contributions to the memory management problem. First, it addresses the problem of optimizing memory resources in a virtualized server through different types of memory abstractions. Two full contributions are presented for managing memory within a single server called SmarTmem and CARLEMM. In this respect, a third contribution is also presented, called CAVMem, that works as the foundation for CARLEMM. Second, this thesis presents two contributions for memory capacity aggregation across multiple servers, offering two mechanisms called GV-Tmem and vMCA, this latter being based on GV-Tmem but with significant enhancements. These mechanisms distribute the server's total memory within a single-server and globally across computing servers using a user-space process with high-level memory management policies.Las infraestructuras para la nube se han vuelto indispensables en nuestras vidas diarias con la proliferación de los servicios ofrecidos por compañías como Facebook, Google, Amazon entre otras. Estas infraestructuras utilizan una gran cantidad de servidores proveídos con sus propios recursos computacionales. Cada unos de estos servidores utilizan un software, llamado el Hipervisor (“HV”), que les permite crear múltiples instancias virtuales de los recursos físicos de computación del servidor y abstraerlos en “Máquinas Virtuales” (VMs). Una VM ejecuta un Sistema Operativo (OS), el cual a su vez ejecuta aplicaciones. Las VMs dentro de los servidores generan un comportamiento variable de demanda de memoria. Cuando la demanda de memoria aumenta, operaciones costosas como accesos al disco (virtual) y/o migraciones de VMs pueden ocurrir. Como resultado, es necesario optimizar la utilización de los recursos de memoria locales dentro del servidor. Sin embargo, la demanda por memoria puede seguir aumentando, haciendo necesario que la VM migre a otro servidor o que se añada más memoria al servidor. En este punto, es importante considerar que algunos servidores podrían tener recursos de memoria que no están utilizando. Considerando la posibilidad de hacer más memoria disponible a los servidores que lo necesitan, nuevas arquitecturas de servidores han sido introducidos que brindan el soporte de hardware necesario para habilitar que los servidores puedan compartir su capacidad de memoria. Esta tesis presenta múltiples contribuciones para el problema de manejo de memoria. Primero, se enfoca en el problema de optimizar los recursos de memoria en un servidor virtualizado a través de distintos tipos de abstracciones de memoria. Dos contribuciones son presentadas para administrar memoria de manera automática dentro de un servidor virtualizado, llamadas SmarTmem y CARLEMM. En este contexto, una tercera contribución es presentada, llamada CAVMem, que proporciona los fundamentos para el desarrollo de CARLEMM. Segundo, la tesis presenta dos contribuciones enfocadas en la agregación de capacidad de memoria a través de múltiples servidores, ofreciendo dos mecanismos llamados GV-Tmem y vMCA, siendo este último basado en GV-Tmem pero con mejoras significativas. Estos mecanismos administran la memoria total de un servidor a nivel local y de manera global a lo largo de los servidores de la infraestructura de nube utilizando un proceso de usuario que implementa políticas de manejo de ...Postprint (published version

SCHEMA: Service Chain Elastic Management with distributed reinforcement learning

As the demand for Network Function Virtualization accelerates, service providers are expected to advance the way they manage and orchestrate their network services to offer lower latency services to their future users. Modern services require complex data flows between Virtual Network Functions, placed in separate network domains, risking an increase in latency that compromises the offered latency constraints. This shift requires high levels of automation to deal with the scale and load of future networks. In this paper, we formulate the Service Function Chaining (SFC) placement problem and then we tackle it by introducing SCHEMA, a Distributed Reinforcement Learning (RL) algorithm that performs complex SFC orchestration for low latency services. We combine multiple RL agents with a Bidding Mechanism to enable scalability on multi-domain networks. Finally, we use a simulation model to evaluate SCHEMA, and we demonstrate its ability to obtain a 60.54% reduction of average service latency when compared to a centralised RL solution.Peer ReviewedPostprint (author's final draft

PhDAY 2020 -FOO (Facultad de Óptica y Optometría)

Por cuarto año consecutivo los doctorandos de la Facultad de Óptica y Optometría de la Universidad Complutense de Madrid cuentan con un congreso propio organizado por y para ellos, el 4º PhDAY- FOO. Se trata de un congreso gratuito abierto en la que estos jóvenes científicos podrán presentar sus investigaciones al resto de sus compañeros predoctorales y a toda la comunidad universitaria que quiera disfrutar de este evento. Apunta en tu agenda: el 15 de octubre de 2020. En esta ocasión será un Congreso On-line para evitar que la incertidumbre asociada a la pandemia Covid-19 pudiera condicionar su celebración

Virtualization techniques for memory resource exploitation

Cloud infrastructures have become indispensable in our daily lives with the rise of cloud-based services offered by companies like Facebook, Google, Amazon and many others. These cloud infrastructures use a large numbers of servers provisioned with their own computing resources. Each of these servers use a piece of software, called the Hypervisor (``HV''), that allows them to create multiple virtual instances of the server's physical computing resources and abstract them into "Virtual Machines'' (VMs). A VM runs an Operating System, which in turn runs the applications. The VMs within the servers generate varying memory demand behavior. When the demand increases, costly operations such as (virtual) disk accesses and/or VM migrations can occur. As a result, it is necessary to optimize the utilization of the local memory resources within a single computing server. However, pressure on the memory resources can still increase, making it necessary to migrate the VM to a different server with larger memory or add more memory to the same server. At this point, it is important to consider that some of the servers in the cloud infrastructure might have memory resources that they are not using. Considering the possibility to make memory available to the server, new architectures have been introduced that provide hardware support to enable servers to share their memory capacity. This thesis presents multiple contributions to the memory management problem. First, it addresses the problem of optimizing memory resources in a virtualized server through different types of memory abstractions. Two full contributions are presented for managing memory within a single server called SmarTmem and CARLEMM. In this respect, a third contribution is also presented, called CAVMem, that works as the foundation for CARLEMM. Second, this thesis presents two contributions for memory capacity aggregation across multiple servers, offering two mechanisms called GV-Tmem and vMCA, this latter being based on GV-Tmem but with significant enhancements. These mechanisms distribute the server's total memory within a single-server and globally across computing servers using a user-space process with high-level memory management policies.Las infraestructuras para la nube se han vuelto indispensables en nuestras vidas diarias con la proliferación de los servicios ofrecidos por compañías como Facebook, Google, Amazon entre otras. Estas infraestructuras utilizan una gran cantidad de servidores proveídos con sus propios recursos computacionales. Cada unos de estos servidores utilizan un software, llamado el Hipervisor (“HV”), que les permite crear múltiples instancias virtuales de los recursos físicos de computación del servidor y abstraerlos en “Máquinas Virtuales” (VMs). Una VM ejecuta un Sistema Operativo (OS), el cual a su vez ejecuta aplicaciones. Las VMs dentro de los servidores generan un comportamiento variable de demanda de memoria. Cuando la demanda de memoria aumenta, operaciones costosas como accesos al disco (virtual) y/o migraciones de VMs pueden ocurrir. Como resultado, es necesario optimizar la utilización de los recursos de memoria locales dentro del servidor. Sin embargo, la demanda por memoria puede seguir aumentando, haciendo necesario que la VM migre a otro servidor o que se añada más memoria al servidor. En este punto, es importante considerar que algunos servidores podrían tener recursos de memoria que no están utilizando. Considerando la posibilidad de hacer más memoria disponible a los servidores que lo necesitan, nuevas arquitecturas de servidores han sido introducidos que brindan el soporte de hardware necesario para habilitar que los servidores puedan compartir su capacidad de memoria. Esta tesis presenta múltiples contribuciones para el problema de manejo de memoria. Primero, se enfoca en el problema de optimizar los recursos de memoria en un servidor virtualizado a través de distintos tipos de abstracciones de memoria. Dos contribuciones son presentadas para administrar memoria de manera automática dentro de un servidor virtualizado, llamadas SmarTmem y CARLEMM. En este contexto, una tercera contribución es presentada, llamada CAVMem, que proporciona los fundamentos para el desarrollo de CARLEMM. Segundo, la tesis presenta dos contribuciones enfocadas en la agregación de capacidad de memoria a través de múltiples servidores, ofreciendo dos mecanismos llamados GV-Tmem y vMCA, siendo este último basado en GV-Tmem pero con mejoras significativas. Estos mecanismos administran la memoria total de un servidor a nivel local y de manera global a lo largo de los servidores de la infraestructura de nube utilizando un proceso de usuario que implementa políticas de manejo de ..

老鼠頂核微量注射氨基酸對心臟血管之影響

Managing memory capacity in virtualized environments is still a challenging problem. Many solutions have been proposed and implemented, including memory ballooning and memory hotplug. But these mechanisms are slow to respond to changes in virtual machine (VM) memory demands. Transcendent Memory (tmem) was introduced to improve responsiveness in memory provisioning, by pooling idle and fallow memory in the hypervisor, and making these physical pages available as additional memory for the VMs through a key-value store. However, tmem presents some limitations of its own. State-of-the-art hypervisors do not implement any efficient way to manage tmem capacity, letting VMs compete for it in a greedy way by default, regardless of their actual memory demand. In this paper, we demonstrate the need for intelligent memory capacity management for tmem, and we present the design and implementation of SmarTmem, a mechanism that integrates coarse-grained user-space memory management with fine-grain allocation and enforcement at the virtualization layer. Our results show that our solution can improve the running time of applications from the Cloudsuite benchmarks by up to 35% compared to the default tmem allocation mechanism.Peer Reviewe