Ενεργειακά Συνειδητός και Αποδοτικός Χρονοδρομολογητής στο Kubernetes

Abstract

Η παρούσα διπλωματική εργασία εκπονήθηκε στα πλαίσια του προπτυχιακού κύκλου σπουδών της Σχολής Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου. Ο πυρήνας της εργασίας είναι η υλοποίηση ενός ενεργειακά αποδοτικού χρονοδρομολογητή (scheduler) για τη πλατφόρμα Kubernetes. Πιο συγκεκριμένα, στόχος είναι η αποδοτική κατανομή φόρτου εργασίας ώστε να ελαχιστοποιηθεί η κατανάλωση ενέργειας, λαμβάνοντας υπόψιν παράλληλα χαρακτηριστικά όπως η χρήση CPU, η διαθεσιμότητα πόρων, η σταθερότητα των κόμβων και οι πηγές ενέργειας. Η υλοποίηση βασίστηκε σε ένα scheduler profile με συνδυασμό υπαρχόντων και νέων scoring plugins. Τα προτεινόμενα plugins αξιοποιούν τεχνικές όπως τον αλγόριθμο Best-First του Bin Packing, πολυκριτήρια βελτιστοποίηση με χρήση διανυσμάτων, ενεργειακά μοντέλα (όπως το EATSVM) και δυναμική διαχείριση ενέργειας μέσω του uptime των κόμβων. Η εργασία τεκμηριώνει το θεωρητικό υπόβαθρο, την υλοποίηση, και τον συνδυασμό των plugins μέσω προσομοιώσεων δικών μας δρομολογήσεων. Ο χρονοδρομολογητής που είχε την υψηλότερη ενεργειακή συνείδηση και βέλτιστη απόδοση είναι ο εξατομικευμένος μας χρονοδρομολογητής, με βάρη που ευνοούν τα plugins που βασίζονται σε ενεργειακά δεδομένα. Εν τέλει καταλήγει σε ένα παραμετροποιημένο χρονοδρομολογητή ικανό να λαμβάνει ενεργειακά συνειδητές και αποδοτικές αποφάσεις κατανομής φόρτου σε ένα Microk8s περιβάλλον cluster. Στο τέλος της διπλωματικής εργασίας παρέχονται και κατάλληλα παραρτήματα. Στα παραρτήματα αυτά περιλαμβάνεται καθοδήγηση για την ορθή εγκατάσταση του συστήματος Kubernetes/Microk8s με τις απαραίτητες εντολές, καθώς και καθοδήγηση για την ορθή δημιουργία ενός καινούριου εξατομικευμένου χρονοδρομολογητή για μελλοντική, ξεχωριστή υλοποίηση.