Δρομολόγηση βάσει κόστους πόρων και χρονικής απόκρισης σε σύστημα Kubernetes

Abstract

Στην σημερινή εποχή, η πλατφόρμα Kubernetes είναι ευρέως διαδεδομένη για τη διαχείριση εφαρμογών κυρίως σε cloud συστήματα. Με την ζήτηση αυτή παρουσιάζεται και παράλληλη ανάπτυξή σε εργαλεία που επεκτείνουν τις βασικές λειτουργίες της. Ένα από τα σημαντικότερα προβλήματα που σχετίζονται με ην πλατφόρμα είναι η βέλτιστη δρομολόγηση των εφαρμογών προς εκτέλεση. Γύρω από το πρόβλημα αυτό, αναπτύσσονται συνεχώς καινούργιες τεχνικές για την βελτιστοποίηση του ως προς τις ανάγκες του χρήστη, της εφαρμογής και της υποδομής. Έτσι, σκοπός της εργασίας αυτής είναι η ανάλυση της διαδικασίας scheduling μέσω ορισμένων αλγορίθμων με διαφορετικές ιδιότητες, αξιοποιώντας παράλληλα διαθέσιμα εργαλεία του Kubernetes οικοσυστήματος. Αρχικά θα αναλυθούν ορισμένα στοιχεία του Kubernetes και ένας αριθμός επεκτάσεων του που θα είναι ζωτικής σημασίας για την ανάπτυξη των αλγόριθμων scheduling. Επίσης αναλύεται λεπτομερώς η διαδικασία του scheduling και των στοιχείων που το συντάσσουν καθώς επίσης αναφέρονται και τεχνικές που μπορούν να χρησιμοποιηθούν κατά την εκτέλεση του για παραγωγή καλύτερων αποτελεσμάτων. Οι αλγόριθμοι scheduling που θα αναλυθούν θεωρητικά αλλά και θα συγκριθούν μέσω πειράματος είναι τρεις. Ο πρώτος αποτελεί τον αλγόριθμο NetMARKS που εστιάζει στην βελτίωση του χρόνου απόκρισης χρησιμοποιώντας τις δυνατότητες του εργαλείου Istio αλλά δεν λαμβάνει υπόψιν του άλλους πόρους του συστήματος δημιουργώντας έτσι πιθανά προβλήματα σε κατανάλωση ενέργειας αλλά και σε απόδοση. Ο δεύτερος αλγόριθμος είναι ο Bin Balancer που εστιάζει στην βελτίωση της ισορροπίας κόστους, μια μετρική που θα αναλυθεί περισσότερο εντός του έργου, κάνοντας χρήση του εργαλείου OpenCost αδιαφορώντας ωστόσο για τον χρόνο απόκρισης. Τέλος περιγράφεται ο Combined αλγόριθμος που αποτελεί συνδυασμό του NetMARKS και του BinBalancer. Οι αλγόριθμοι μεταξύ του παρουσιάζουν αρκετές διαφορές οι οποίες θα περιγράφουν θεωρητικά και θα επιβεβαιωθούν πειραματικά. Τα αποτελέσματα τους θα συγκριθούν και με τον default scheduler του Kubernetes, ο οποίος θα αποτελέσει τη σταθερά σύγκρισης για την καταγραφή της επίδοσής τους. Τα συμπεράσματα που θα προκύψουν θα δώσουν μια καθαρή εικόνα για την επίδραση του scheduler στο σύστημα και πως μπορεί να προσαρμοστεί ανάλογα με τις εκάστοτε ανάγκες.