Βελτίωση Ψυχρής Εκκίνησης σε Συστήματα Χωρίς Διακομιστές με Χρήση Μηχανισμών Συμπίεσης

Abstract

Η ανάγκη για άμεση απόκριση και δυναμική επεκτασιμότητα των σύγχρονων εφαρμογών υπολογιστικού νέφους έχει οδηγήσει στην ευρεία υιοθέτηση της υπολογιστικής χωρίς διακομιστές (serverless computing). Αυτό το μοντέλο εκτέλεσης, παρά τα πλεονεκτήματά του, χαρακτηρίζεται από το εγγενές πρόβλημα της ψυχρής εκκίνησης, την καθυστέρηση δηλαδή που προκύπτει κατά τη διαμόρφωση και αρχικοποίηση του περιβάλλοντος εκτέλεσης μιας συνάρτησης. Η παρούσα διπλωματική εργασία μελετά το φαινόμενο της ψυχρής εκκίνησης και εξετάζει τρόπους περιορισμού του με τη χρήση μηχανισμών συμπίεσης. Με αφετηρία την ήδη υπάρχουσα υλοποίηση του CodeCrunch, διερευνάται η τροποποίηση και επέκτασή της αξιοποιώντας τη στρωματοποιημένη δομή των εικόνων Docker. Ειδικότερα, στην παρούσα εργασία, οι εικόνες δεν αντιμετωπίζονται ως αδιαίρετες οντότητες αλλά αποσυντίθενται στα επιμέρους δομικά συστατικά τους, έτσι ώστε να καθίσταται εφικτός ο δυναμικός διαμοιρασμός των κοινών στρωμάτων τους. Επιπλέον, εξετάζεται η χρήση του αλγορίθμου συμπίεσης Zstandard, ως αποδοτικότερη εναλλακτική έναντι του αλγορίθμου lz4 που χρησιμοποιεί το CodeCrunch. Οι τροποποιήσεις αυτές αξιολογούνται μέσω πειραματικής διαδικασίας με τη βοήθεια serverless μετροπρογραμμάτων και τη λήψη μετρήσεων για σημαντικές μετρικές του συστήματος. Πιο συγκεκριμένα, πραγματοποιούνται μετρήσεις του λόγου συμπίεσης και του χρόνου αποσυμπίεσης των lz4 και Zstandard, προσδιορίζεται ο βαθμός διαμοιρασμού και το ποσοστό των διαμοιραζόμενων στρωμάτων για καθένα από τα χρησιμοποιούμενα μετροπρογράμματα και λαμβάνονται μετρήσεις για τον χρόνο εξυπηρέτησης και την κατανάλωση μνήμης του συστήματος. Τα πειραματικά αποτελέσματα επιβεβαιώνουν πως η διαχείριση σε επίπεδο στρώματος (layer-aware) των εικόνων, σε συνδυασμό με την επιλογή ενός προηγμένου αλγορίθμου συμπίεσης, μειώνει δραστικά τον χρόνο εξυπηρέτησης και τις απαιτήσεις πόρων μνήμης. Συνολικά, τα αποτελέσματα της παρούσας εργασίας καταδεικνύουν ότι η αξιοποίηση της εσωτερικής δομής των εικόνων Docker και η χρήση σύγχρονων μηχανισμών συμπίεσης αποτελούν σημαντικό παράγοντα για τη βελτίωση της απόδοσης των serverless υποδομών.