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Título: Abordagem para qualidade de serviço em banco de dados multi-inquilinos em nuvem
Título em inglês: Approach for quality of service to multi-tenant databases in the cloud
Autor(es): Moreira, Leonardo Oliveira
Orientador(es): Machado, Javam de Castro
Palavras-chave: Ciência da computação
Computação em nuvem
Qualidade de serviço
Multi-inquilino
Gerenciamento de dados
Cloud computing
Data do documento: 2014
Citação: MOREIRA, L. O. (2014)
Resumo: A computação em nuvens é um paradigma bem consolidado de utilização de recursos computacionais, segundo o qual infraestrutura de hardware, software e plataformas para o desenvolvimento de novas aplicações são oferecidos como serviços disponíveis remotamente e em escala global. Os usuários de nuvens computacionais abrem mão de uma infraestrutura computacional própria para dispô-la mediante serviços oferecidos por provedores de nuvem, delegando aspectos de Qualidade de Serviço (QoS) e assumindo custos proporcionais à quantidade de recursos que utilizam modelo de pagamento baseado no uso. Essas garantias de QoS são definidas entre o provedor do serviço e o usuário, e expressas por meio de Acordo de Nível de Serviço (SLA), o qual consiste de contratos que especificam um nível de qualidade a ser atendido, e penalidades em caso de falha. A maioria das aplicações em nuvem é orientada a dados e, por conta disso, Sistemas Gerenciadores de Banco de Dados (SGBDs) são candidatos potenciais para a implantação em nuvem. SGBDs em nuvem devem tratar uma grande quantidade de aplicações ou inquilinos. Os modelos de multi-inquilinatos são utilizados para consolidar vários inquilinos dentro de um só SGBD, favorecendo o compartilhamento eficaz de recursos, além de gerenciar uma grande quantidade de inquilinos com padrões de carga de trabalho irregulares. Por outro lado, os provedores em nuvem devem reduzir os custos operacionais, garantindo a qualidade. Para muitas aplicações, o maior tempo gasto no processamento das requisições está relacionado ao tempo de execução do SGBD. Portanto, torna-se importante que um modelo de qualidade seja aplicado ao SGBD para seu desempenho. Técnicas de provisionamento dinâmico são voltadas para o tratamento de cargas de trabalho irregulares, para que violações de SLA sejam evitadas. Sendo assim, uma estratégia para ajustar a nuvem no momento em que se prevê um comportamento que pode violar o SLA de um dado inquilino (banco de dados) deve ser considerada. As técnicas de alocação são usadas no intuito de aproveitar os recursos do ambiente em detrimento ao provisionamento. Com base nos sistemas de monitoramento e de modelos de otimização, as técnicas de alocação decidem onde será o melhor local para receber um dado inquilino. Para realizar a transferência do inquilino de forma eficiente, técnicas de Live Migration são adotadas para ter o mínimo de interrupção do serviço. Acredita-se que a combinação destas três técnicas podem contribuir para o desenvolvimento de um solução robusta de QoS para bancos de dados em nuvem, minimizando violações de SLA. Ante tais desafios, esta tese apresenta uma abordagem, denominada PMDB, para melhorar QoS em SGBDs multi-inquilinos em nuvem. A abordagem tem como objetivo reduzir o número de violações de SLA e aproveitar os recursos à disposição por meio de técnicas que realizam predição de carga de trabalho, alocação e migração de inquilinos quando necessitam de recursos com maior capacidade. Para isso, uma arquitetura foi proposta e um protótipo implementado com tais técnicas, além de estratégias de monitoramento e QoS voltada para aplicações de banco de dados em nuvem. Ademais, alguns experimentos orientados a desempenho foram especificados para mostrar a eficiência da abordagem a fim de alcançar o objetivo em foco.
Abstract: Cloud computing is a well-established paradigm of computing resources usage, whereby hardware infrastructure, software and platforms for the development of new applications are offered as services available remotely and globally. Cloud computing users give up their own infrastructure to dispose of it through the services offered by cloud providers, to which they delegate aspects of Quality of Service (QoS) and assume costs proportional to the amount of resources they use, which is based on a payment model. These QoS guarantees are established between the service provider and the user, and are expressed through Service Level Agreements (SLA). This agreement consists of contracts that specify a level of quality that must be met, and penalties in case of failure. The majority of cloud applications are data-driven, and thus Database Management Systems (DBMSs) are potential candidates for cloud deployment. Cloud DBMS should treat a wide range of applications or tenants. Multi-tenant models have been used to consolidate multiple tenants within a single DBMS, favoring the efficient sharing of resources, and to manage a large number of tenants with irregular workload patterns. On the other hand, cloud providers must be able to reduce operational costs while keeping quality levels as agreed. To many applications, the longer time spent in processing requests is related to the DBMS runtime. Therefore, it becomes important to apply a quality model to obtain DBMS performance. Dynamic provisioning techniques are geared to treat irregular workloads so that SLA violations are avoided. Therefore, it is necessary to adopt a strategy to adjust the cloud at the time a behavior that may violate the SLA of a given tenant (database) is predicted. The allocation techniques are applied in order to utilize the resources of the environment to the dentriment of provisioning. Based on both the monitoring and the optimization models systems, the allocation techniques will decide the best place to assign a given tenant to. In order to efficiently perform the transfer of the tenant, minimal service interruption, Live Migration techniques are adopted. It is believed that the combination of these three techniques may contribute to the development of a robust QoS solution to cloud databases which minimizes SLA violations. Faced with these challenges, this thesis proposes an approach, called PMDB, to improve DBMS QoS in multi-tenant cloud. The approach aims to reduce the number of SLA violations and take advantage the resources that are available using techniques that perform workload prediction, allocation and migration of tenants when greater capacity resources are needed. An architecture was then proposed and a prototype implementing such techniques was developed, besides monitoring strategies and QoS oriented database applications in the cloud. Some performance oriented experiments were then specified to show the effectiveness of our approach.
Descrição: MOREIRA, Leonardo Oliveira. Abordagem para qualidade de serviço em banco de dados multi-inquilinos em nuvem. 2014. 130 f. Tese (Doutorado em ciência da computação)- Universidade Federal do Ceará, Fortaleza-CE, 2014.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/18680
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