Made available in DSpace on 2014-05-21T02:01:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 000458137-Texto+Completo-0.pdf: 2745165 bytes, checksum: e05abd1f1e63fc82908d29186a3b9ee2 (MD5) Previous issue date: 2014 / Virtualization has become a hot topic in embedded systems for both academia and industry development. Among its main advantages, we can highlight (i) software design quality; (ii) security levels of the system; (iii) software reuse, and; (iv) hardware utilization. However, it still presents constraints that have lessened the excitement towards itself, since the greater concerns are its implicit overhead and whether it is worthy or not. Thus, we discuss matters related to virtualization in embedded systems and study alternatives to multiprocessed MIPS architecture to support virtualization. / Virtualização surgiu como novidade em sistemas embarcados tanto no meio acadêmico quanto para o desenvolvimento na indústria. Entre suas principais vantagens, pode-se destacar aumento: (i) na qualidade de projeto de software; (ii) nos níveis de segurança do sistema; (iii) nos índices de reuso de software, e; (iv) na utilização de hardware. No entanto, ainda existem problemas que diminuíram o entusiasmo com relação ao seu uso, já que existe um overhead implícito que pode impossibilitar seu uso. Assim, este trabalho discute as questões relacionadas ao uso de virtualização em sistemas embarcados e apresenta estudos voltados para que arquiteturas MIPS multiprocessadas tenham suporte à virtualização.

Made available in DSpace on 2013-08-07T18:43:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 000428410-Texto+Completo-0.pdf: 2193675 bytes, checksum: 06cb9b5c6f14683e31d929da16f6a1db (MD5) Previous issue date: 2010 / Virtualization has reemerged in the last years as a solution to minimize costs in data centers due to resources subutilization. The possibility of dynamically changing virtual machines capacities and live-migrate them between physical servers resulted in a higher flexibility to attend sudden changes in computing demand, minimizing the amount of physical resources required. This increase in flexibility derived novel computing models such as utility computing and cloud computing. One of the key mechanisms in these virtualized data centers is dynamic server consolidation. It performs periodically the mapping of virtual machines to physical servers in order to attend changes in demand, while using a minimal set of physical resources to restrain power consumption costs. However, redefining a new mapping can require migrating virtual machines between physical servers, which eventually delay the reconfiguration of virtual machines to a new capacity. This work presents traditional algorithms used for dynamic server consolidation and evaluate their impact on the reconfiguration delay metric using different types of real and synthetic workloads. An algorithm for dynamic server consolidation which controls the maximum reconfiguration delay incurred by a new mapping is proposed. The experiments performed using this algorithm show that it provides higher control over reconfiguration delays and has a small impact in the additional amount of resources required. / A virtualização reapareceu nos últimos anos como solução para minimizar custos em data centers decorrentes da subutilização de recursos. A possibilidade de dinamicamente alterar a capacidade de máquinas virtuais e migrá-las de forma transparente entre servidores físicos resultou em maior flexibilidade para atender mudanças repentinas em demanda computacional, minimizando a quantidade de recursos físicos necessários. Este aumento em flexibilidade derivou novos modelos de computação como utility computing e cloud computing. Um dos principais mecanismos nestes data centers virtualizados é a consolidação dinâmica de servidores. Ele realiza periodicamente o mapeamento de máquinas virtuais para servidores físicos de forma a atender mudanças de demanda, enquanto utiliza um conjunto mínimo de recursos físicos para reduzir custos em consumo de energia. No entanto, redefinir o mapeamento pode exigir migrar máquinas virtuais entre servidores físicos, o que pode acabar atrasando a reconfiguração das máquinas virtuais para a nova capacidade. Este trabalho apresenta algoritmos normalmente utilizados para consolidação dinâmica de servidores e avalia o seu impacto na métrica de atraso de reconfiguração usando diferentes tipos de workloads reais e sintéticos. Um algoritmo para consolidação dinâmica de servidores que controla o atraso máximo de reconfiguração decorrente de um novo mapeamento é proposto. Os experimentos realizados com esse algoritmo demonstram que ele provê maior controle sobre atrasos de reconfiguração e possui baixo impacto na quantidade adicional de recursos necessários.

Made available in DSpace on 2014-06-25T02:02:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 000458766-Texto+Completo-0.pdf: 8781381 bytes, checksum: bcec6892852f8512c09694709267b3b5 (MD5) Previous issue date: 2014 / The power of computers increases year after year and today is common to have at home personal computers with computational power similar to servers and mainframes of years ago. Naturally, todays’ servers followed this evolution. However, many applications that run in these servers no longer require the computational power of a single, exclusive, server and this led to the development of solutions to avoid wasting servers’ resources. A common approach is server consolidation. Through virtualization it is possible to share resources from a single server among multiple virtual machines, reducing the waste of resources and increasing the amount of customers that can be served with a single server. However, several studies [19, 24, 38] show that virtual machines can interfer in the performance of other virtual machines when there are disputes over the same resources.This work proposes an algorithm for mapping virtual machines that minimize the number of servers required while maintaining the performance interference below a threshold specified by the user. The results obtained after evaluating the proposed solution show that it can map virtual machines without exceeding the threshold set by the user, as well as significantly reduce the interference without an expressive increase in the number of required servers. / O poder dos computadores aumenta ano após ano e atualmente é comum que as pessoas tenham em suas casas computadores pessoais com capacidade computacional similar a de servidores e mainframes de anos atrás. Naturalmente, os servidores atuais acompanharam este desenvolvimento. No entanto, muitas aplicações que são executadas nestes servidores já não necessitam de todo o poder uma máquina exclusiva e isso levou ao surgimento de soluções para evitar que os recursos computacionais de um servidor sejam desperdiçados. Uma abordagem bastante difundida é a consolidação de servidores. Através do uso de virtualização é possível compartilhar os recursos de um servidor entre diversas máquinas virtuais, reduzindo o desperdício e aumentando a quantidade de clientes que podem ser atendidos com um único servidor. No entanto, diversos estudos [19, 24, 38] mostram que máquinas virtuais podem interferir no desempenho de outras ao existirem disputas pelo mesmo recurso computacional.Desta forma, a proposta deste trabalho é desenvolver um algoritmo de mapeamento de máquinas virtuais que minimize o número de servidores necessários ao mesmo tempo em que mantém a interferência de desempenho abaixo de um limiar a ser especificado pelo usuário. Os resultados obtidos com a avaliação da solução proposta mostram que a mesma consegue realizar o mapeamento de máquinas virtuais sem ultrapassar o limiar estabelecido pelo usuário, bem como reduzir a interferência significativamente sem aumento expressivo na quantidade de servidores necessários e desta forma atingindo o objetivo geral do trabalho.

Made available in DSpace on 2015-12-15T01:05:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 000476714-Texto+Completo-0.pdf: 3747843 bytes, checksum: d036a79e065518300b9733b65e20e459 (MD5) Previous issue date: 2015 / In order to maintain a service running within the acceptable Qos levels, cloud providers should adapt resource provision to handle workload fluctuations. In case of under provisioned resources service performance tend to be affected while over provisioned resources reduce providers profit. To cope with this scenario several studies present elastic solutions for resource allocation in virtualization environments. However, in traditional virtualization environments, the elasticity is limitedby the limits established during initialization of virtual machines, not allowing the addition of resources in runtime. Instead, OS-level virtualization is a new approach that allows the manipulation of all available resources shared by a host at runtime. Therefore, this study evaluates the impact of applying the dynamic resource allocation strategy proposed by Dawoud et al., firstly developed for traditional virtualization environments, to OS-level virtualization. To evaluate our approach, we use database applications because they are widely used in virtualized environments, and their workloads use processor, memory, and network. The results show that our approach has a more efficient use of available resources, resulting in a positive impact on performance metrics. / Visando manter um serviço em execução dentro de níveis de QoS aceitáveis, os administradores de sistemas devem provisionar recursos suficientes para lidar com as flutuações de carga de trabalho. Recursos provisionados de maneira inadequada podem reduzir os lucros das empresas ou degradar o desempenho do serviço. Vários trabalhos apresentam soluções elásticas para alocação de recursos em ambientes de virtualização. Porém, em ambientes de virtualização tradicionais, a ação da elasticidade fica limitada pela fatia de recursos estabelecida durante a inicialização das máquinas virtuais, não permitindo a adição de recursos em tempo de execução. No entanto, a virtualização em nível de sistema operacional consiste em uma nova abordagem que permite a manipulação em tempo de execução da totalidade dos recursos disponíveis e oferecidas pelo nodo de forma compartilhada. Portanto, neste trabalho avaliamos o impacto da estratégia de alocação dinâmica de recursos proposta por Dawoud et al., primeiramente desenvolvida para ambientes tradicionais de virtualização, posteriormente adaptada à virtualização em nível de sistema operacional. A avaliação de nossa abordagem utilizou aplicação de banco de dados, pois consiste em uma plataforma bastante utilizada em ambientes virtualizados, além de seus workloads utilizarem tanto processador, quanto memória e rede. Os resultados mostraram que nossa abordagem é eficaz quanto a economia dos recursos disponíveis, impactando nas métricas de desempenho.

As Máquinas Virtuais ganharam grande importância com o advento de processadores multi-core (na plataforma x86) e com o barateamento de componentes de hardware, como a memória. Por conta desse substancial aumento do poder computacional, surgiu o desafio de tirar proveito dos recursos ociosos encontrados nos ambientes corporativos, cada vez mais populados por equipamentos multi-core e com vários Gigabytes de memória. A virtualização, mesmo sendo um conceito já antigo, tornou-se novamente popular neste cenário, pois com ela foi possível utilizar melhor os recursos computacionais, agora abundantes. Este trabalho tem como principal foco estudar algumas das principais técnicas de gerência de recursos computacionais em ambientes virtualizados. Apesar de muitos dos conceitos aplicados nos projetos de Monitores de Máquinas Virtuais terem sido portados de Sistemas Operacionais convencionais com pouca, ou nenhuma, alteração; alguns dos recursos ainda são difíceis de virtualizar com eficiência devido a paradigmas herdados desses mesmos Sistemas Operacionais. Por fim, é apresentado o Memory Dispatcher (MD), um mecanismo de gerenciamento de memória, com o objetivo principal de distribuir a memória entre as Máquinas Virtuais de modo mais eficaz. Este mecanismo, implementado em C, foi testado no Monitor de Máquinas Virtuais Xen e apresentou ganhos de memória de até 70%. / Virtual Machines have gained great importance with advent of multi-core processors (on platform x86) and with low cost of hardware parts, like physical memory. Due to this computational power improvement a new challenge to take advantage of idle resources has been created. The virtualization technology, even being an old concept became popular in research centers and corporations. With this technology idle resources now can be exploited. This work has the objective to show the main techniques to manage computational resources in virtual environments. Although many of current concepts used in Virtual Machine Monitors project has been ported, with minimal changes, from conventional Operating Systems there are some resources that are difficult to virtualize with efficiency due to old paradigms still present in Operating Systems projects. Finally, the Memory Dispatcher (MD) is presented, a mechanism used to memory management. The main objective of MD is to improve the memory share among Virtual Machines. This mechanism was developed in C and it was tested in Xen Virtual Machine Monitor. The MD showed memory gains up to 70%.

As Máquinas Virtuais ganharam grande importância com o advento de processadores multi-core (na plataforma x86) e com o barateamento de componentes de hardware, como a memória. Por conta desse substancial aumento do poder computacional, surgiu o desafio de tirar proveito dos recursos ociosos encontrados nos ambientes corporativos, cada vez mais populados por equipamentos multi-core e com vários Gigabytes de memória. A virtualização, mesmo sendo um conceito já antigo, tornou-se novamente popular neste cenário, pois com ela foi possível utilizar melhor os recursos computacionais, agora abundantes. Este trabalho tem como principal foco estudar algumas das principais técnicas de gerência de recursos computacionais em ambientes virtualizados. Apesar de muitos dos conceitos aplicados nos projetos de Monitores de Máquinas Virtuais terem sido portados de Sistemas Operacionais convencionais com pouca, ou nenhuma, alteração; alguns dos recursos ainda são difíceis de virtualizar com eficiência devido a paradigmas herdados desses mesmos Sistemas Operacionais. Por fim, é apresentado o Memory Dispatcher (MD), um mecanismo de gerenciamento de memória, com o objetivo principal de distribuir a memória entre as Máquinas Virtuais de modo mais eficaz. Este mecanismo, implementado em C, foi testado no Monitor de Máquinas Virtuais Xen e apresentou ganhos de memória de até 70%. / Virtual Machines have gained great importance with advent of multi-core processors (on platform x86) and with low cost of hardware parts, like physical memory. Due to this computational power improvement a new challenge to take advantage of idle resources has been created. The virtualization technology, even being an old concept became popular in research centers and corporations. With this technology idle resources now can be exploited. This work has the objective to show the main techniques to manage computational resources in virtual environments. Although many of current concepts used in Virtual Machine Monitors project has been ported, with minimal changes, from conventional Operating Systems there are some resources that are difficult to virtualize with efficiency due to old paradigms still present in Operating Systems projects. Finally, the Memory Dispatcher (MD) is presented, a mechanism used to memory management. The main objective of MD is to improve the memory share among Virtual Machines. This mechanism was developed in C and it was tested in Xen Virtual Machine Monitor. The MD showed memory gains up to 70%.

Made available in DSpace on 2013-08-07T18:42:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 000423220-Texto+Completo-0.pdf: 1981551 bytes, checksum: ecb6d77c378c9eebe9064368d306c500 (MD5) Previous issue date: 2009 / Virtualization technologies are increasingly gaining the academic and corporate attention. Considering the fact that the use of virtualization is growing each day, it’s very important to develop a mechanism to manage the complexity brought by virtual environments, because these will allow for control of the issues present in such environments. Although management activities are important, there is no standard to assist in the process of controlling and monitoring in virtual environments. One way to solve this problem is to find recommendations in other areas of computing, such as the functional areas of management. Therefore, this work consists in an architecture conception to manage virtual environments by means of an adaptation of the management model proposed by the functional areas of management. / A virtualização de ambientes computacionais tem cada vez mais atraído a atenção dos meios acadêmico e corporativo. Em virtude de sua utilização estar cada vez mais presente nesses meios, formas de gerenciar a complexidade que ambientes virtualizados apresentam tornam-se de grande importância, pois permitem controlar eventos no ambiente. Embora atividades de gerência sejam importantes, não há um padrão que auxilie neste processo de controle e monitoração de ambientes que se utilizam da tecnologia de virtualização. Uma forma de preencher esta lacuna é buscar, em outras áreas da computação, conceitos que dêem base e que auxiliem no processo de concepção de atividades gerenciais. Deste modo, é possível utilizar conceitos aplicados em diferentes áreas da computação para gerenciar ambientes virtualizados, conhecidos como áreas funcionais da gerência. Sendo assim, o presente trabalho consiste na concepção de uma arquitetura para gerenciar ambientes virtualizados, tendo como base as recomendações das áreas funcionais da gerência adaptadas para a realidade de virtualização.

Made available in DSpace on 2013-08-07T18:42:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 000412052-Texto+Completo-0.pdf: 2710960 bytes, checksum: 3a4a797f7364a564f81a7cff382241eb (MD5) Previous issue date: 2009 / The constant evolution of computing technologies has allowed an increase in computers processing power, and in certain situations, such computational power is not fully used. In order to effectively use the processing capacity of computers, companies are increasingly using virtualization. Virtualization is a technique that allows running multiple operating systems on a single device. Thus, the use of virtualization on a single physical server can keep multiple operating systems with different applications running simultaneously. When these applications are ported into a virtualized environment, their resource levels should be constantly monitored and adjusted to avoid situations in which the quality of service is deteriorated or to provide a better hardware use. In these situations it is important to implement a Service Level Agreement (SLA) that monitors the quality of service delivered by these applications. Meanwhile, Monitors of Virtual Machines, such as Xen, do not have the functionality to reallocate resources based on the rules defined by SLAs. Aiming to overcome this limitation, this work proposes to dynamically reallocate resources in virtualized environments through the use of requirements derived from SLAs. The reallocation of resources seeks to satisfy the demand for resources of a virtual machine (VM), for instance, having more users than expected in the SLA, by reallocating resources (processor and memory) that are not being used by the other VMs. / A constante evolução das tecnologias computacionais tem possibilitado um aumento no poder de processamento dos computadores, sendo que em determinadas situações esse poder computacional não é plenamente utilizado. Para utilizar efetivamente a capacidade de processamento dos computadores, cada vez mais as empresas de processamento de dados (data center) se utilizam da virtualização. A virtualização é uma técnica que permite a execução de diversos Sistemas Operacionais em um único equipamento. Desta forma, com o uso da virtualização um único servidor físico pode manter diversos Sistemas Operacionais, com diferentes aplicações sendo executadas simultaneamente. Quando essas aplicações são portadas para um ambiente virtualizado, devem ter seus níveis de recursos constantemente monitorados e ajustados para se evitar situações de degradação da qualidade do serviço ou prover uma melhor utilização do hardware. Nestas situações é importante implementar um Service Level Agreement (SLA) que controle a qualidade do serviço entregue por estas aplicações. Entretanto, os Monitores de Máquinas Virtuais, como por exemplo, o Xen, não possuem a funcionalidade de se realocar recursos com base nas regras definidas nos SLAs. Com o objetivo de superar esta limitação, este trabalho propõe a realocação dinâmica de recursos em ambientes virtualizados a partir de requisitos derivados de SLAs. A realocação de recursos, busca também atender a demanda por recursos, por exemplo, em uma máquina virtual (VM) que tenham recebido uma carga de trabalho maior do que a prevista no SLA, através da realocação de recursos (processador e memória) que não estejam sendo utilizados pelas demais VMs.

Made available in DSpace on 2013-08-07T18:42:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 000407650-Texto+Completo-0.pdf: 1702520 bytes, checksum: c900c9b4c3134193aa3ab89db164218f (MD5) Previous issue date: 2008 / Hardware virtualization researches are developed in different computer science areas. Virtual environments using virtualization technology can be created on few phisycal resources. However, the lack of configuration tools makes hard creation of large scale environments. Network resources, for instances, have to be managed and configured in order to follow the desired virtual environment especification. Aiming at making management easy as well as reducing configurations faults, we present in this work an architecture for virtual machine network management. Tasks of the architecture include issues such as configuration of network isolation and control of bandwidth and latency. In order to evaluate the architecture, a distributed system emulator was created over a set of virtual machines and an application was ran to analise the network communication. / Pesquisas utilizando virtualização de hardware vêm sendo feitas em diversas áreas dentro da Ciência da Computação. A criação de ambientes virtuais com essa tecnologia pode ser implementada utilizando-se poucos recursos computacionais. Porém, a falta de ferramentas de configuração dificulta a criação de ambientes de larga escala. Recursos de rede, por exemplo, precisam ser gerenciados e configurados para atender às especificações do ambiente virtual que se deseja criar. Na intenção de facilitar esta gerência e reduzir os erros na configuração do ambiente virtual, apresentamos neste trabalho uma arquitetura de gerência de rede de máquinas virtuais. Dentre suas funções encontram-se questões como configuração de isolamento de rede e controle de vazão e latência. Na validação, aspectos de rede de um ambiente de emulação de sistemas distribuídos são configurados e uma aplicação é executada nesse ambiente na intenção de avaliar esses aspectos de comunicação.

Made available in DSpace on 2013-08-07T18:43:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 000422781-Texto+Completo-0.pdf: 5148878 bytes, checksum: d7b0826fe17c2d5b479517821f279c99 (MD5) Previous issue date: 2010 / Distributed systems are composed of geographically distributed computing elements that belong to multiple administrative domains and are controlled by multiple entities. These characteristics from distributed systems make hard the task of testing and evaluating software for this platform, because it is unlikely that testers/system or policy evaluators are able to acquire repeatedly the same re- sources, for the same amount of time, and under the same network conditions, which are paramount requirements for enabling reproducible and controlled tests in software under development. An al- ternative to experiments in real testbeds is emulation, where a model of a system hosts the actual software under test. Virtualization technology enables development of efficient emulators because it offers means for resources multiplexing and isolation. Even though virtualization makes easier development of emulators, there are few efforts in isolating testers/system or policy evaluators from operation of the virtualization tools and environment. This thesis presents Automated Emulation Framework (AEF), which applies virtualization and systems management technology in a cluster of workstations to provide testers/system or policy evaluators with a tool for automated emulation of distributed systems. Three main activities are performed by AEF. First, it performs the mapping of virtual machines that represents nodes from the emulated distributed environment to cluster nodes and emulated links between virtual machines to paths in the physical network; second, it performs automated installation and configuration of virtual machines in the cluster and virtual network in the cluster network; third, it performs automated configuration and triggering of experiments in the emulated system, monitoring and control of environment and applications, and system reconfigu- ration in case of violations in the tester/system or policy evaluator demands. Regarding the first activity, the mapping problem is formally defined and four heuristics for solution of the problem are developed and evaluated with the use of discrete-event simulation. Regarding the last two activities, AEF architecture is described in details. Furthermore, an AEF prototype is developed and evalu- ated by execution of experiments in the context of grid computing. Experiment results show that implementation of the architecture is feasible and that AEF can be a valuable tool for repeatable and controllable distributed systems experimentation. / Sistemas distribuídos são compostos de elementos computacionais geograficamente distribuídos que pertencem a múltiplos domínios administrativos controlados por múltiplas entidades. Estas características dificultam testes e avaliações nesta plataforma, porque dificilmente testadores/avaliadores de sistemas ou políticas adquirem repetidamente os mesmo recursos pela mesmo período de tempo sob as mesmas condições de rede, o que são requisitos fundamentais para testes reproduzíveis e controlados do software em desenvolvimento. Uma alternativa a experimentos em plataformas reais é emulação, onde o modelo de um sistema executa o software real sob teste. A tecnologia de virtualização possibilita o desenvolvimento de emuladores eficientes porque ela oferece meios para multiplexação e isolamento de recursos. Apesar da virtualização facilitar o desenvolvimento de emuladores, pouco esforço tem sido feito para isolar testadores/avaliadores de sistemas ou políticas da operação das ferramentas e do ambiente virtualizado. Esta tese apresenta o Automated Emulation Framework (AEF), que aplica tecnologias de virtualização e gerência de sistemas em um cluster de estações de trabalho a fim de oferecer uma ferramenta automatizada para emulação de sistemas distribuídos. Três atividades principais são realizadas pelo AEF: primeiro, ele realiza o mapeamento das máquinas virtuais que representam nós do ambiente distribuído emulado para nós do cluster e dos links entre máquinas virtuais para caminhos na rede física; segundo, ele realiza a instalação e configuração automática das máquinas virtuais no cluster e rede virtual na rede do cluster; terceiro, ele realiza configuração e disparo automático de experimentos no sistema emulado, monitoração e controle do ambiente e aplicações, e reconfiguração do sistema em caso de violações nas demandas do testador/avaliador de sistemas ou políticas. Em relação à primeira atividade, o problema de mapeamento é definido formalmente e quatro herísticas para solução do problema são desenvolvidas e avaliadas com o uso de simulação de eventos discretos. Em relação às duas últimas atividades, a arquitetura do AEF é descrita em detalhes. Além do mais, um protótipo do AEF é desenvolvido e avaliado através da realização de experimentos no contexto de grades computacionais. Experimentos mostram que a arquitetura é realizável e que AEF pode ser uma ferramenta valiosa para experimentação repetida e controlável de sistemas distribuídos.