This Doctoral Dissertation, presented as a set of research contributions, focuses on resource efficiency in data centers. This topic has been faced mainly by the development of several energy-efficiency, resource managing and scheduling policies, as well as the simulation tools required to test them in realistic cloud computing environments. Several models have been implemented in order to minimize energy consumption in Cloud Computing environments. Among them: a) Fifteen probabilistic and deterministic energy-policies which shut-down idle machines; b) Five energy-aware
scheduling algorithms, including several genetic algorithm models; c) A Stackelberg game-based strategy which models the concurrency between opposite requirements of Cloud-Computing systems in order to dynamically apply the most optimal scheduling algorithms and energy-efficiency policies depending on the environment; and d) A productive analysis on the resource efficiency of several realistic cloud–computing environments. A novel simulation tool called SCORE, able to simulate several data-center sizes,
machine heterogeneity, security levels, workload composition and patterns, scheduling strategies and energy-efficiency strategies, was developed in order to test these strategies in large-scale cloud-computing clusters. As results, more than fifty Key Performance Indicators (KPI) show that more than 20% of energy consumption can be reduced in realistic high-utilization environments when proper policies are employed.Esta Tesis Doctoral, que se presenta como compendio de artículos de investigación, se centra en la eficiencia en la utilización de los recursos en centros de datos de internet. Este problema ha sido abordado esencialmente desarrollando diferentes estrategias de eficiencia energética, gestión y distribución de recursos, así como todas las herramientas de simulación y análisis necesarias para su validación en entornos realistas de Cloud Computing.
Numerosas estrategias han sido desarrolladas para minimizar el consumo energético en entornos de Cloud Computing. Entre ellos:
1. Quince políticas de eficiencia energética, tanto probabilísticas como deterministas, que apagan máquinas en estado de espera siempre que sea posible;
2. Cinco algoritmos de distribución de tareas que tienen en cuenta el consumo energético, incluyendo varios modelos de algoritmos genéticos;
3. Una estrategia basada en la teoría de juegos de Stackelberg que modela la competición entre diferentes partes de los centros de datos que tienen objetivos encontrados. Este modelo aplica dinámicamente las estrategias de distribución de tareas y las políticas de eficiencia energética dependiendo de las características del entorno; y
4. Un análisis productivo sobre la eficiencia en la utilización de recursos en numerosos escenarios de Cloud Computing.
Una nueva herramienta de simulación llamada SCORE se ha desarrollado para analizar las estrategias antes mencionadas en clústers de Cloud Computing de grandes dimensiones. Los resultados obtenidos muestran que se puede conseguir un ahorro de energía superior al 20% en entornos realistas de alta utilización si se emplean las estrategias de eficiencia energética adecuadas. SCORE es open source y puede simular diferentes centros de datos con, entre otros muchos, los siguientes parámetros: Tamaño del centro de datos; heterogeneidad de los servidores; tipo, composición y patrones de carga de trabajo, estrategias de distribución de tareas y políticas de eficiencia energética, así como tres gestores de recursos centralizados: Monolítico, Two-level y Shared-state. Como resultados, esta herramienta de simulación arroja más de 50 Key Performance Indicators (KPI) de rendimiento general, de distribucin de tareas y de energía.Premio Extraordinario de Doctorado U
