Μοντελοποίηση Multi-Cluster υποδομών με χρήση Δικτύων Petri

Abstract

Η ανάπτυξη νέων τεχνολογιών, όπως τα δίκτυα 5ης γενιάς και το ∆ιαδίκτυο των Αντικει- μένων, οδηγεί στην αντικατάσταση των παραδοσιακών συστημάτων υπολογιστικής Νέφους από το φάσμα του υπολογιστικού νέφους, ένα συνδεδεμένο περιβάλλον αποτελούμενο από διαφόρων ειδών συσκευές που φέρουν την επεξεργασία των δεδομένων πιο κοντά στην πηγή τους. Για την ανάπτυξη των εφαρμογών σε αυτό το περιβάλλον αποτελεί μονόδρομο η χρήση τεχνολογιών εικονικοποίησης και containerisation. Για την ενορχήστρωση αυτού του είδους εφαρμογών σε ολοένα και πολυπλοκότερες δομές, είναι συχνά απαραίτητη η επιστράτευση λύσεων Πολλαπλών Υποδομών (Multi-Cluster). Παρά τα πλεονεκτήματά τους, οι λύσεις αυτές χαρακτηρίζονται από αυξημένη πολυπλοκότητα, δυναμικότητα, ανομοιογένεια, υψηλό κόστος επικοινωνίας και αυξημένες καθυστερήσεις κατά τη διαχείρισή τους. Επιπλέον πρόκληση αποτελεί η προσέγγιση συμπεριφοράς αυτών των συστημάτων προς βελτιστοποί- ηση της διαχείρισης των διαθέσιμων πόρων, όπου καθορίζονται από ένα μεγάλο σύνολο πιθανών καταστάσεων. Στην παρούσα διπλωματική εργασία μελετάται η χρήση θεωρίας αυτομάτων στοχεύοντας στην μοντελοποίηση τέτοιων συστημάτων μέσω της ανάλυσης των πιθανών καταστάσεων. Συγκεκριμένα, ως μέσω μοντελοποίησης προτείνουμε τα δίκτυα Petri, μία μαθηματική δομή ικανή για αναπαράσταση συστημάτων διακριτών συμβάντων. Στο πλαίσιο της παρούσας εργασίας, σχεδιάστηκαν μοντελοποιήσεις για τη διαδικασία τοποθέτησης εφαρμογών σε συστήματα τα οποία διαχειρίζεται λογισμικό ενορχήστρωσης πολ- λαπλών εικονικοποιημένων υποδομών, συγκεκριμένα το λογισμικό Karmada. Μοντελοποι- ήθηκαν οι βασικές πολιτικές τοποθέτησης εφαρμογών του λογισμικού, μέσω της ανάπτυξης των αντίστοιχων δικτύων. Επίσης, υλοποιήθηκε μία επεκτάσιμη και παραμετροποιήσιμη βιβλιοθήκη, βασισμένη σε αρχές αντικειμενοστραφούς προγραμματισμού, η οποία είναι ικανή για την προγραμματιστική υλοποίηση διαφόρων συστημάτων χρησιμοποιώντας τις μοντελοποιήσεις αυτές. Η βασισμένη στα δίκτυα Petri υλοποίηση αξιολογήθηκε ως προς τη δυνατότητα προσέγγισης της κατάστασης του συστήματος προσομοιώνοντας τις πολιτικές που υποστηρίζονται, συγκρινόμενη με την πραγματική απόκριση σε ένα πειραματικό περιβάλλον νέφους, πολλαπλών υποδομών που διαχειρίζεται το Karmada. Τα αποτελέσματα αναδεικνύουν την ικανότητα των δικτύων για ακριβή πρόβλεψη στην συντριπτική πλειοψηφία των περιπτώσεων καθώς και για παραμετροποίηση με σκοπό την προσαρμογή σε περίπτωση αποτυχίας. Τέλος, η υλοποίηση εξετάστηκε ως προς την χρονική πολυπλοκότητα, παρουσι- άζοντας χαμηλό χρόνο εκτέλεσης και πολυωνυμική μεταβολή του χρόνου σε σχέση με την κλιμάκωση των εφαρμογών.