Patofysiologi

Com o crescimento global da Internet ao longo dos últimos anos, um número cres- cente de empresas vem utilizando terceirização de capacidade computacional como uma abordagem financeiramente atrativa para hospedar seus serviços. O gerencia- mento dessas infra-estruturas de hospedagem se tornou uma tarefa árdua para hu- manos devido à complexidade que surge da grande quantidade de fatores envolvidos: requisitos de qualidade, alta variabilidade de carga, contratos SLA (possivelmente fle- xíveis) e múltiplas camadas. Isso evidencia a necessidade de sofisticados arcabouços para gerenciar de forma autônoma a capacidade disponível.

Nesta dissertação foi apresentado um novo arcabouço autônomo de gerencia- mento de capacidade para infra-estruturas virtualizadas multicamadas que visa ma- ximizar o objetivo de negócio do provedor. Construído a partir de um arcabouço prévio de camada única [3, 4], o novo arcabouço compartilha com o anterior o mo- delo de negócio de dois níveis. Porém, ele combina um modelo de desempenho de múltiplas filas muito mais preciso, que captura contenção em camadas específicas em uma aplicação e o paralelismo inerente a arquiteturas multicamadas, e um modelo de optimização estendido muito mais desafiador.

O arcabouço de gerenciamento proposto vai além dos objetivos tradicionais de desempenho capturando outros fatores que impactam a operação da infra-estrutura como ataques de segurança, custos e restrições de energia. Frente a esses fatores, o objetivo do arcabouço é minimizar o impacto negativo que eles causam no lucro do provedor. São considerados ainda contratos SLA adaptativos, que visam diminuir o impacto desses fatores nos objetivos do cliente.

Foram executados experimentos de simulação em vários cenários de configura- ção, cobrindo diferentes áreas do espaço de projeto. Cargas sintéticas foram usadas para levantar e apresentar os principais compromissos relevantes em cada cenário. Os compromissos discutidos para as cargas sintéticas também foram observados nas

cargas realistas. Isso indica que as conclusões obtidas podem ser estendidas para cenários práticos.

As principais conclusões são discutidas na Seção 8.1. Possibilidades de extensão e trabalhos futuros são discutidos na Seção 8.2.

8.1 Conclusões

As principais conclusões obtidas a partir dos experimentos realizados, apresenta- dos nos Capítulos 6 e 7, são:

• O arcabouço autônomo multicamadas escala bem para cenários práticos. Com o tempo de solução do modelo de otimização tipicamente abaixo de 1 segundo, ele pode ser utilizado em tempo real.

• A nova abordagem autônoma é significativamente mais eficaz do que alocação estática de recursos para cargas de trabalho pesadas e heterogêneas.

• O arcabouço prévio de camada única, mais simples e impreciso, leva a decisões de alocação muito conservadoras que, por fim, comprometem sua eficácia. Ele é inferior às abordagens autônomas multicamadas e em alguns casos até mesmo à alocação estática de capacidade.

• A análise da sensibilidade do arcabouço à premissa de tempos de serviço ex- ponencialmente distribuídos levou à conclusão que ele pode ser utilizado para distribuições de tempos de serviço com variabilidade moderada (coeficientes de variação menor que 3).

• Durante períodos em que alguma aplicação está sob ataque de segurança, o arcabouço desloca capacidade da classe sobre ataque para outras, aumentando o lucro do provedor (em até 16% na estratégia Ciente do Ataque (CA)) ao custo de uma redução na taxa de processamento válida da classe vítima.

• Quando a carga das aplicações hospedadas está leve, o arcabouço desliga recur- sos para economizar energia. Além disso, o arcabouço minimiza o impacto de restrições de energia no lucro do provedor, favorecendo aplicações com menor demanda por recursos na camada com maior custo de energia.

• Estratégias com SLA dinâmicos são alternativas razoáveis para reduzir a de- gradação na taxa de processamento válida. O impacto de um ataque pode ser mitigado por meio do aumento do custo de cada requisição processada. O rela- xamento do tempo de resposta também reduz a degradação devido a um ataque ou restrição de energia, apesar dos seus benefícios dependerem do SLA original, do fator de relaxamento e das utilizações máximas.

8.2 Trabalhos Futuros

Trabalhos futuros estendendo o arcabouço apresentado podem ser divididos em duas direções: aprimoramento do arcabouço proposto e o seu enriquecimento por meio da modelagem de novos fatores. Alguns tópicos interessantes são discutidos abaixo.

• O arcabouço proposto nesta dissertação trata apenas de cargas transacionais. Para cargas onde os usuários acessam o serviço através de uma sessão, uma seqüência de requisições interdependentes, o arcabouço é apenas uma aproxi- mação. A modelagem explícita de sessões de usuários trará maior precisão para esses tipos de carga, e abrirá caminho para modelos de negócio mais ricos, como a priorização de sessões, ou requisições dentro do contexto de uma sessão, com maior potencial de lucro para o provedor [8, 66].

• No arcabouço proposto, toda a capacidade destinada a uma classe é utilizada para o processamento de apenas uma requisição. Em várias aplicações execu- tando em aglomerados (clusters) ou múltiplos nós de processamento, porém, a capacidade disponível é utilizada para servir várias requisições em paralelo, a uma velocidade menor. A modelagem específica desse comportamento, por exemplo através de filas M/M/m [54], pode aumentar a precisão do arcabouço para esse tipo de aplicação.

• Ainda com relação à modelagem da infra-estrutura, os modelos de desempenho e otimização podem ser flexibilizados para permitir deslocamento de capacidade entre as camadas, isto é, retirar capacidade de uma camada e adicionar em outras. Isto permitiria soluções ainda melhores para cenários onde aplicações têm contenção por recursos em camadas distintas.

• Novos contratos SLA adaptativos podem ser projetados para capturar fatores relacionados ao usuário final no modelo de negócio. Esses contratos relaxam métricas de qualidade de serviço que impactam a satisfação do usuário final, a utilidade que a aplicação tem para ele e, por fim, a quantia que ele está dis- posto a pagar pelo serviço [50]. Um modelo de negócio unificado que capture a satisfação do usuário final pode ser mais realista.

• Métodos alternativos de solução do problema de maximização do lucro do pro- vedor, como programação dinâmica ou pesquisa combinatória, podem ser consi- derados caso complicações no modelo de otimização adicionadas por extensões futuras sejam muito difíceis de contornar.

• Com relação à modelagem de ataques de segurança, a modelagem de ataques semânticos, brevemente discutida no Apêndice A, é um fator importante visto o potencial impacto destes ataques [30]. Além disso, a modelagem de métodos de defesa ativos que utilizam recursos da infra-estrutura para minimizar o impacto do ataque [105, 106] pode trazer ganhos significativos em cenários onde estas defesas estão implantadas.

• Com relação à modelagem de custo de energia, tecnologias de controle dinâ- mico de freqüência do processador podem ser consideradas como um meio de aumentar a economia de energia. A modelagem dessas tecnologias implica na adição de uma relação entre consumo de energia e freqüência de processamento que é não-linear. Além disso, o desgaste do hardware resultante do ato de ligá-lo ou desligá-lo, discos rígidos em especial, deve ser capturado pois a substituição de componentes resulta em significativo custo adicional.

Apesar dos resultados positivos obtidos na avaliação realizada por meio de si- mulação nesta dissertação, estes precisam ser confirmados em uma implantação real. Nesse sentido, a prototipação do arcabouço de gerenciamento de capacidade em um sistema real, permitiria medir diretamente o desempenho da infra-estrutura, que é simplificada no simulador. Esta prototipação é um trabalho futuro interessante e po- deria ser feita utilizando o Xen [16] como camada de virtualização.