A Case for Fully Decentralized Dynamic VM Consolidation in Clouds

Eugen Feller (1) , Christine Morin (1) , Armel Esnault (1)

1 MYRIADS - Design and Implementation of Autonomous Distributed Systems

One way to conserve energy in cloud data centers is to transition idle servers into a power saving state during periods of low utilization. Dynamic virtual machine (VM) consolidation (VMC) algorithms are proposed to create idle times by periodically repacking VMs on the least number of physical machines (PMs). Existing works mostly apply VMC on top of centralized, hierarchical, or ring-based system topologies which result in poor scalability and/or packing efficiency with increasing number of PMs and VMs. In this paper we propose a novel fully decentralized dynamic VMC schema based on an unstructured peer-to-peer (P2P) network of PMs. The proposed schema is validated using three well known VMC algorithms: First-Fit Decreasing (FFD), Sercon, V-MAN, and a novel migration-cost aware ACO-based algorithm. Extensive experiments performed on the Grid'5000 testbed show that once integrated in our fully decentralized VMC schema, traditional VMC algorithms achieve a global packing efficiency very close to a centralized system. Moreover, the system remains scalable with increasing number of PMs and VMs. Finally, the migration-cost aware ACO-based algorithm outperforms FFD and Sercon in the number of released PMs and requires less migrations than FFD and V-MAN.

Une manière d'économiser l'énergie dans les centres de données est de mettre les serveurs inutilisés dans un mode de faible consommation d'énergie pendant les périodes de faible utilisation. Des algorithmes de consolidation dynamique de machines virtuelles ont été proposés pour créer des périodes d'inactivité en tassant les machines virtuelles sur le plus petit nombre possible de serveurs. Les travaux existants ont essentiellement appliqué les algorithmes de consolidation sur des topologies centralisée, hiérarchique ou fondée sur un anneau. Les approches proposées conduisent à un mauvais passage à l'échelle et/ou une faible efficacité en terme de quantité de serveurs libérés avec un nombre croissant de serveurs et de machines virtuelles. Dans cet article, nous proposons un nouveau schéma de consolidation dynamique de machines virtuelles complètement décentralisé fondé sur un réseau pair-à-pair non structuré de serveurs. Le schéma proposé a été validé à l'aide de trois algorithmes de consolidation de machines virtuelles bien connus: First-Fit Decreasing (FFD), Sercon, V-MAN et d'un nouvel algorithme prenant en compte le coût des migrations et fondé sur une approche d'optimisation par colonies de fourmis. Plusieurs expériences menées sur la plate-forme Grid'5000 montrent qu'une fois intégrés à notre schéma complètement décentralisé, les algorithmes de consolidation de machines virtuelles traditionnels atteignent une efficacité globale en terme de nombre de serveurs libérés comparable à celle obtenue avec les systèmes communément utilisés fondés sur une topologie centralisée. En outre, le système passe à l'échelle avec un nombre croissant de serveurs et de machines virtuelles. Enfin, l'algorithme prenant en compte le coût des migrations et fondé sur l'approche d'optimisation par colonies de fourmis se comporte mieux que les algorithmes FFD et Sercon en terme de nombre de serveurs libérés et nécessite moins de migrations que les algorithmes FFD et V-MAN.

Mots clés: Cloud Computing; Dynamic Virtual Machine Consolidation; Ant Colony Optimization; Unstructured P2P Network; Virtualization

Domaines: Calcul parallèle, distribué et partagé [cs.DC]

Eugen Feller, Christine Morin, Armel Esnault. A Case for Fully Decentralized Dynamic VM Consolidation in Clouds. [Research Report] RR-8032, INRIA. 2012. ⟨hal-00722245v2⟩