MÔ HÌNH HÓA QUÁ TRÌNH PHÂN PHỐI TÀI NGUYÊN ẢO
5.1. Mô hình hóa tài nguyên ảo:
Phần này sẽ trình bày về một mô hình quản trị tài nguyên giúp khởi tạo và quản trị chính xác và hiệu quả không gian làm việc ảo thuộc những trường hợp quản trị tài nguyên khác nhau.
Mô hình gọi tập hợp các tài nguyên vật lý cung cấp là tập hợp các slot tài nguyên (tất cả RAM vật lý là một slot, mỗi CPU lại là một slot khác...). Một phần của slot (như 512MB trong số 4GB RAM sẵn sàng) có thể gán cho một không gian làm việc ảo để cung cấp tài nguyên phần cứng cần thiết hỗ trợ cho các hoạt động của không gian làm việc ảo trong khoảng thời gian xác định. Và ta gọi phần của slot gán vào không gian làm việc ảo đấy là tài nguyên ảo.
Những trình quản trị tài nguyên cục bộ theo hướng quản lý thực thi công việc hiện nay không thích hợp trong việc lập lịch tài nguyên ảo vì các công việc đó không quan tâm đến chi phí triển khai cũng như những tài nguyên ảo đó. Tuy nhiên, thực thi công việc lại gặp phải hai loại chi phí cần giải quyết mà đã được nhắc đến ở phần trước: chi phí chuẩn bị (preparation) và chi phí chạy (runtime). Chi phí chuẩn bị là chi phí chuẩn bị môi trường cho không gian làm việc ảo thực thi (chủ yếu là chi phí triển khai ảnh đĩa VM theo yêu cẩu của không gian làm việc), còn chi phí chạy chủ yếu là chi phí về RAM, CPU hay I/O của trình quản trị tài nguyên đưa ra. Hơn nữa, các chi phí này không cần thiết phải là bất biến mà có thể phụ thuộc vào kích cỡ tài nguyên ảo yêu cầu, trình quản trị sử dụng, hay là chất lượng của tài nguyên cơ sở.
Còn mô hình trình bày trong phần này sẽ tập trung vào chính xác và hiệu quả tối đa.
- Sự chính xác được định nghĩa như một thuộc tính nhị phân: Một không gian làm việc ảo có thể được triển khai một cách chính xác hoặc không mà không có một mức chính xác nào khác nữa. Khi nhận yêu cầu về khởi động một không gian làm việc ảo nào đó tại thời điểm ts với khoảng thời gian d và số tài nguyên R thì quá trình triển khai có chính xác hay không sẽ phụ thuộc vào việc đáp ứng tất cả yêu cầu trên. Để hoàn thành yêu cầu này, ta phải tính toán chi phí chuẩn bị và chạy sao cho yêu cầu đó chỉ được chấp nhận được thể bảo đảm đáp ứng chính xác, nếu không thì coi như ta đã vi phạm thỏa thuận của khách hàng về không gian làm việc. Sự chính xác này khác với mức chính xác dùng trong hệ thống của Irwin (26). Mức chính xác này được xác định dựa trên phần trăm khoảng thời gian d khách hàng truy cập vào tài nguyên (cho phép thời gian bắt đầu thực có thể trễ hơn ts, vì một phần của d có thể bị hệ thống Irwin sử dụng cho chi phí chuẩn bị). Mô hình mà đề tài này đề cập sẽ cung cấp 100% mức chính xác trên, nghĩa là sẽ từ chối những yêu cầu nào mà hệ thống không thể đảm bảo.
- Sự hiệu quả được định nghĩa như là thước đo xem một hệ thống có thể giảm thiểu các chi phí bao nhiêu. Việc xử lý hiệu quả yêu cầu cho phép những tài nguyên không sử dụng hết sẽ được dùng để xử lý những yêu cầu khác.
Hình 6: Slot tài nguyên và tài nguyên ảo
Ví dụ, nếu giả định rằng số RAM và thời gian (sẵn sàng) là hai loại tài nguyên, và có một khách hàng yêu cầu 512MB RAM với khoảng thời gian từ 2pm đến 4pm để thực thi một không gian làm việc. Hình 7: Tài nguyên ảo và các chi phí (a) cho thấy cách tài nguyên được cấp phát cho khách hàng để có thể giảm thiểu được hai loại chi phí: chi phí chuẩn bị do chuyển ảnh đĩa VM (thường là rất lớn) của không gian làm việc đến node vật lý sẽ chạy làm trì hoãn thời gian bắt đầu không gian làm việc, và chi phí chạy của trình giám sát VM.
Những trình quản trị tài nguyên cục bộ hiện nay, kể cả với những mô hình có hỗ trợ Advance reservation, đều có ảnh hưởng đến sự chính xác khi triển khai không gian làm việc ảo bởi vì những mô hình đó đều nảy sinh ra nhiều loại chi phí cho các yêu cầu của khách hàng. Đây là một nhiệm vụ không dễ bởi vì khách hàng không thể dự đoán trước được thời gian tổ chức ảnh đĩa chính xác đơn giản bởi vì những khách hàng đó không thể biết được điều kiện đường truyền mạng bên phía họ và và cũng không nắm được chi phí giám sát VM sẽ chiết khấu bao nhiêu tài nguyên so với vùng được cấp phát (Ví dụ nếu một số VM được triển khai trên một node đơn thì mức chiết khấu có thể được sẻ chia).
Do đó, đề tài này sẽ tìm hiểu về một mô hình quản trị tài nguyên ảo hóa cho phép người dùng xác định được chính xác số tài nguyên yêu cầu. Như vậy, mô hình này sẽ cho phép các phần trong slot tài nguyên có thể ánh xạ đến tài nguyên ảo hoặc là chi phí. Tài nguyên ảo đại diện cho tài nguyên khách hàng yêu cầu, còn chi phí thì được quản lý riêng biệt thay vì phải chiết khấu đi phần cấp phát của khách hàng. Sự quản lý riêng biệt này cho kết quả tốt hơn trong trình lập lịch cục bộ, trình lập lịch này sẽ lập lịch cho cả tài nguyên ảo và chi phí giúp gia tăng sự chính xác và từng bước giảm thiểu chi phí (nghĩa là sẽ gia tăng hiệu quả).
Ví dụ Hình 7: Tài nguyên ảo và các chi phí (b) sẽ trình bày cách xử lý yêu cầu 512MB RAM từ 2pm đến 4pm chính xác bằng cách là lập lịch chi phí chuyển ảnh đĩa (sẽ hoàn thành xong trước thời gian khởi động tài nguyên ảo) và dành đủ RAM cho chi phí chạy VM sao cho không bị chiết khấu đi phần tài nguyên.
Hình 7: Tài nguyên ảo và các chi phí
(a) không tính toán chi phí riêng; (b) tính toán chi phí riêng.
Tuy nhiên, quản trị tài nguyên ảo và chi phí còn có nhiều thử thách về những tiêu chí sau:
Thời gian (sự sẵn sàng): Yêu cầu đảm bảo tài nguyên phải sẵn sàng tại thời
điểm yêu cầu, và phải từ chối những yêu cầu dự tính không đáp ứng được bởi vì hệ thống có thể sẽ không cài đặt môi trường theo yêu cầu đúng giờ được.
RAM: Yêu cầu quan tâm đến phần bộ nhớ của node vật lý được gán cho trình
giám sát VM. Tiêu chí này không quan trọng lắm vì phần bộ nhớ cần sử dụng thường là bất biến.
Mạng: Yêu cầu quan tâm đến băng thông mạng cần chia sẻ cho các VM trong
node vật lý và dùng cho chi phí chuẩn bị (như chi phí tổ chức ảnh đĩa). Hơn nữa, sử dụng mạng cũng có thể ảnh hưởng đến việc sử dụng CPU dùng cho trình giám sát VM.
Ổ đĩa: Cũng giống như tiêu chí mạng, ổ đĩa I/O được chia sẻ cho tất cả VM
trong một node và cũng có ảnh hưởng đến việc sử dụng CPU dùng cho trình giám VM. Hơn nữa, node vật lý cần phải có dung lượng đĩa trống đủ cho tất cả ảnh đĩa VM của những không gian làm việc khác nhau.
CPU: Việc chia sẻ CPU do trình giám sát VM yêu cầu có thể thay đổi thường
xuyên, phụ thuộc vào số tài nguyên mà VM của trình giám sát đó sử dụng.
Đề tài này quan tâm chủ yếu đến tiêu chí về sự sẵn sàng, một tiêu chí ảnh hưởng nhiều nhất đến chi phí chuẩn bị. Đặc biệt, triển khai không gian làm việc còn bao gồm việc chuyển ảnh đĩa đến một node nữa, một nhiệm vụ yêu cầu trình lập lịch phải tính toán mức sử dụng ổ đĩa I/O và mạng. Tuy nhiên, để tiện cho việc tìm hiểu, đề tài này sẽ giả định rằng VM chạy sẽ không gây hoạt động mạng nào mà phải chia sẻ băng thông cho chi phí chuẩn bị (có nghĩa là tiêu chí mạng sẽ không ảnh hưởng đến chi phí Thời gian).