Data centres and other infrastructures in the field of information technology suffer from the major issue of ‘server sprawl’, a term used to depict the situation wherein a number of servers consume resources inefficiently, when compared to the business value of outcome obtained from them. Consolidation of servers, rather than dedicating whole servers to individual applications, optimizes the usage of hardware resources, and virtualization achieves this by allowing multiple servers to share a single hardware platform. Server virtualization is facilitated by the usage of hypervisors, among which Xen is widely preferred because of its dual virtualization modes, virtual machine migration support and scalability. This research work involves an analysis of the CPU scheduling algorithms incorporated into Xen, on the basis of the algorithm’s performance in different workload scenarios. In addition to performance evaluation, the results obtained lay emphasis on the importance of compute intensive or I/O intensive domain handling capacity of a hypervisor’s CPU scheduling algorithm in virtualized server environments. Based on this knowledge, the selection of CPU scheduler in a hypervisor can be aligned with the requirements of the hosted applications. A new credit-based VCPU scheduling scheme is proposed, in which the credits remaining for each VCPU after every accounting period plays a significant role in the scheduling decision. The proposed scheduling strategy allows those VCPUs of I/O intensive domains to supersede others, in order to favour the reduction of I/O bound domain response times and the subsequent bottleneck in the CPU run queue. Though a small percentage of context switch overhead is introduced, the results indicate substantial improvement of I/O handling and fairness in re-source allocation between the host and guest domains.

abstract: This research describes software based remote attestation schemes for obtaining the integrity of an executing user application and the Operating System (OS) text section of an untrusted client platform. A trusted external entity issues a challenge to the client platform. The challenge is executable code which the client must execute, and the code generates results which are sent to the external entity. These results provide the external entity an assurance as to whether the client application and the OS are in pristine condition. This work also presents a technique where it can be verified that the application which was attested, did not get replaced by a different application after completion of the attestation. The implementation of these three techniques was achieved entirely in software and is backward compatible with legacy machines on the Intel x86 architecture. This research also presents two approaches to incorporating software based "root of trust" using Virtual Machine Monitors (VMMs). The first approach determines the integrity of an executing Guest OS from the Host OS using Linux Kernel-based Virtual Machine (KVM) and qemu emulation software. The second approach implements a small VMM called MIvmm that can be utilized as a trusted codebase to build security applications such as those implemented in this research. MIvmm was conceptualized and implemented without using any existing codebase; its minimal size allows it to be trustworthy. Both the VMM approaches leverage processor support for virtualization in the Intel x86 architecture. / Dissertation/Thesis / Ph.D. Computer Science 2011

Computação nas nuvens e um novo termo criado para expressar uma tendência tecnológica recente que virtualiza o data center. Esse conceito busca um melhor aproveitamento dos recursos computacionais e dos aplicativos corporativos, virtualizados por meio de programas de virtualização de sistema operacional (SO), plataformas, infraestruturas, softwares, entre outros. Essa virtualização ocorre por intermédio de maquinas virtuais (MV) para executar aplicativos nesse ambiente virtualizado. Contudo, uma MV pode ser configurada de tal forma que seu desempenho poderá ter um atraso no processamento por conta de gargalo(s) em algum hardware alocado. A fim de maximizar a alocação do hardware na criação da MV, foi desenvolvido um método de caracterização de aplicações para a coleta de dados de desempenho e busca da melhor configuração de MV. A partir desse estudo, pode-se identificar pelo workload a classificação do tipo de aplicação e apresentar o ambiente mais adequado, um recomendado e não recomendado. Dessa forma, a tendência de se obter um desempenho satisfatório nos ambientes virtualizados pode ser descoberta pela caracterização dos programas, o que possibilita avaliar o comportamento de cada cenário e identificar situações importantes para seu bom funcionamento. Para provar essa linha de raciocínio, foram executados programas mono e multiprocessador em ambientes de monitores de maquinas virtuais. Os resultados obtidos foram satisfatórios e estão de acordo com cada característica de aplicação conhecida previamente. Porem, podem ocorrer situações de exceção nesse método, principalmente quando o monitor de maquinas virtuais, e submetido a processamentos intensos. Com isso, a aplicação pode ter um atraso no processamento por conta do gargalo de processamento no monitor de maquinas virtuais, o que modifica o ambiente ideal dessa aplicação. Portanto, este estudo apresenta um método para identificar a configuração ideal para a execução de um aplicativo. / Cloud computing represents a new age, raised to express a new technology trending that virtualizes the data center. This concept advanced to make a better use of the computational resources and corporate application, virtualizing through the programs of operating systems virtualization, platform, infrastructure, software, etc. This virtualization occurs through the virtual machine (VM) to execute virtualized applications in this environment. However, a VM may be configured in such a way that the performance delays on processing, due to overhead or other hardware allocation itself. In order to maximize the hardware allocation on MV creation, it was developed a methodology of application characterization to collect performance data and achieve the best VM configuration. After this study, based on workload metric, it is possible to identify the classification of the application type and present the best configuration, the recommended environment and the not recommended. This way, the trend to achieve a satisfactory performance in virtualized environment may be discovered through the program characterization, which possibly evaluate the behavior of each scenario and identify important conditions for its proper operation. In order to prove this argument, mono and multi core applications under monitors of virtual machines were executed. The collected results were satisfactory and are aligned with each previously known application characteristic. However, it may occur exceptions in this method, mainly when the monitor of the virtual machine monitor is submitted with high volume of processing.

Computação nas nuvens e um novo termo criado para expressar uma tendência tecnológica recente que virtualiza o data center. Esse conceito busca um melhor aproveitamento dos recursos computacionais e dos aplicativos corporativos, virtualizados por meio de programas de virtualização de sistema operacional (SO), plataformas, infraestruturas, softwares, entre outros. Essa virtualização ocorre por intermédio de maquinas virtuais (MV) para executar aplicativos nesse ambiente virtualizado. Contudo, uma MV pode ser configurada de tal forma que seu desempenho poderá ter um atraso no processamento por conta de gargalo(s) em algum hardware alocado. A fim de maximizar a alocação do hardware na criação da MV, foi desenvolvido um método de caracterização de aplicações para a coleta de dados de desempenho e busca da melhor configuração de MV. A partir desse estudo, pode-se identificar pelo workload a classificação do tipo de aplicação e apresentar o ambiente mais adequado, um recomendado e não recomendado. Dessa forma, a tendência de se obter um desempenho satisfatório nos ambientes virtualizados pode ser descoberta pela caracterização dos programas, o que possibilita avaliar o comportamento de cada cenário e identificar situações importantes para seu bom funcionamento. Para provar essa linha de raciocínio, foram executados programas mono e multiprocessador em ambientes de monitores de maquinas virtuais. Os resultados obtidos foram satisfatórios e estão de acordo com cada característica de aplicação conhecida previamente. Porem, podem ocorrer situações de exceção nesse método, principalmente quando o monitor de maquinas virtuais, e submetido a processamentos intensos. Com isso, a aplicação pode ter um atraso no processamento por conta do gargalo de processamento no monitor de maquinas virtuais, o que modifica o ambiente ideal dessa aplicação. Portanto, este estudo apresenta um método para identificar a configuração ideal para a execução de um aplicativo. / Cloud computing represents a new age, raised to express a new technology trending that virtualizes the data center. This concept advanced to make a better use of the computational resources and corporate application, virtualizing through the programs of operating systems virtualization, platform, infrastructure, software, etc. This virtualization occurs through the virtual machine (VM) to execute virtualized applications in this environment. However, a VM may be configured in such a way that the performance delays on processing, due to overhead or other hardware allocation itself. In order to maximize the hardware allocation on MV creation, it was developed a methodology of application characterization to collect performance data and achieve the best VM configuration. After this study, based on workload metric, it is possible to identify the classification of the application type and present the best configuration, the recommended environment and the not recommended. This way, the trend to achieve a satisfactory performance in virtualized environment may be discovered through the program characterization, which possibly evaluate the behavior of each scenario and identify important conditions for its proper operation. In order to prove this argument, mono and multi core applications under monitors of virtual machines were executed. The collected results were satisfactory and are aligned with each previously known application characteristic. However, it may occur exceptions in this method, mainly when the monitor of the virtual machine monitor is submitted with high volume of processing.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Virtual appliance is a new concept derived from the virtual machine monitors world. It is considered a data package that can be electronically distributed. Today, there area free and commercial virtual appliance repositories available on the market. These data packages are mostly composed by pre-configured and pre-optimized operating systems and applications joined to solve a specific computing problem. The growing virtual machine monitor market has lead to a wide virtual appliance variety available to end users. This diversity naturally results in heterogeneous virtual machines, ie, instances of virtual appliances that run on different virtual machine monitors. Thus, this work has as main goal propose and prototype a virtual appliance management solution for heterogeneous virtual machines, something less explored until now. The aim is to provide end users the ability of managing different environments, using virtual appliances, such as computer labs, clusters, networks and other kinds of computing environments. Virtual appliance creation and maintenance is more practical and effective for both system administrators and end users. Moreover, the sharing of different virtual appliances avoids the waste of time and disk space, as usually occurs with traditional approaches. In this work it is proposed, prototyped and evaluated a system for managing virtual appliances for heterogeneous virtual machines. This system has proved to be feasible for using VAP repositories to manage networked machines and systems, simplifying the work of end users and system administrators. / Com o desenvolvimento e a proliferação dos monitores de máquinas virtuais, surgiu um novo conceito, uma nova tendência na área de virtualização de sistemas: virtual appliance. Este, segundo a origem da definição, é um pacote de dados que pode ser distribuído eletronicamente. Hoje, existem repositórios livres e comerciais de virtual appliances no mercado. Esses pacotes são constituídos por um sistema operacional e aplicativos configurados e otimizados para resolver um determinado problema computacional. Há uma grande variedade de virtual appliances, para os mais diversos monitores de máquinas virtuais, disponíveis aos usuários finais. Essa diversidade leva a máquinas virtuais heterogêneas, ou seja, instâncias de virtual appliances que são executadas sobre diferentes monitores de máquinas virtuais. Sendo assim, o objeto deste trabalho é desenvolver uma solução para o gerenciamento de virtual appliances para máquinas virtuais heterogêneas, algo ainda pouco explorado. O objetivo é proporcionar aos usuários finais a possibilidade de gerenciar ambientes diversos, como laboratórios de informática, aglomerados de computadores, redes de computadores e ambientes de pesquisa e produção em geral, utilizando-se da diversidade, flexibilidade e disponibilidade dos virtual appliances. Criar e manter esses pacotes de dados é algo mais prático e eficaz, tanto para administradores de sistemas, quanto para usuários finais. Ademais, compartilhar os diferentes virtual appliances evita desperdícios de tempo e espaço, como costuma ocorrer com abordagens tradicionais. Neste trabalho é proposto, prototipado e avaliado um sistema de gerenciamento de virtual appliances para máquinas virtuais heterogêneas. Este sistema demonstrou-se viável para o gerenciamento de repositórios de VAPs em parques de máquinas, simplificando o trabalho dos usuários finais e dos administradores de sistemas.