dc.contributor.advisor | Johansen, Dag | |
dc.contributor.author | Kvalnes, Åge Andre | |
dc.date.accessioned | 2014-04-03T08:17:12Z | |
dc.date.available | 2014-04-03T08:17:12Z | |
dc.date.issued | 2014-03-13 | |
dc.description.abstract | Clouds commonly employ virtual machine technology to leverage and efficiently utilize computational resources in data centers. The workloads encapsulated by virtual machines contend for the resources
of their hosting machines and interference from resource sharing can cause unpredictable performance. Despite the use of virtual machine technology, the role of the operating system as an arbiter of resource
allocation persists---virtual machine monitor functionality is implemented as an extension to an operating system and the resources provided to a virtual machine are managed by an operating system.
Visibility and opportunity for control over resource allocation is needed to prevent execution by one workload from usurping resources that are intended for another. If control is incomplete, no amount of over-provisioning can compensate for it and there will
inevitably be ways to circumvent policy enforcement. The accurate and high fidelity control over resource allocation that is required from an operating system in a virtualized environment is a new operating system challenge.
This dissertation presents the omni-kernel architecture, a novel operating system architecture designed around the basic premise of pervasive monitoring and scheduling. The architecture ensures that all resource consumption is measured, that the resource consumption resulting from a scheduling decision is attributable to an activity,
and that scheduling decisions are fine-grained.
The viability of the omni-kernel architecture is substantiated through a faithful implementation, Vortex, for multi-core x86-64 platforms. Vortex instantiates all architectural elements of the
omni-kernel and provides a large range of commodity operating system functionality and abstractions. Using Vortex, we experimentally corroborate the efficacy of the omni-kernel architecture by showing accurate scheduler control over resource allocation in scenarios with competing workloads. Experiments involving Apache, MySQL, and Hadoop quantify the cost of the omni-kernel pervasive monitoring and scheduling to be around 5% of CPU utilization or substantially less. | en |
dc.description.doctoraltype | ph.d. | en |
dc.description.popularabstract | Skytilbydere bruker vanligvis virtualiseringsteknologi for effektivt å utnytte et datasenters beregningsressurser. De virtuelle omgivelsene
konkurrerer om ressurser på vertsmaskiner og en slik ressursdeling kan skape forstyrrelser som resulterer i uforutsigbar ytelse. Til tross for bruk av virtualiseringsteknologi er fordeling av ressurser
fremdeles ansvaret til et operativsystem, da
virtualiseringsfunksjonalitet er implementert som en utvidelse av et operativsystem og ressurser som blir gjort tilgjengelige til en virtuell omgivelse igjen forvaltes av et operativsystem.
Det er behov for synliggjøring og mulighet for kontroll over ressursfordeling for å unngå at en virtuell omgivelse bruker ressurser ment for en annen virtuell omgivelse. Mangel på kontroll vil medføre at det finnes muligheter for å unnvike ressursfordelingsregler, og dette kan ikke kompenseres for ved ekstra ressurstildeling. Graden av
kontroll og nøyaktighet som kreves ved fordeling av ressurser til virtuelle omgivelser er en ny utfordring for operativsystemer.
Denne avhandlingen presenterer omnikjerne-arkitekturen, en ny operativsystemarkitektur utviklet spesielt for overvåking og nøyaktig fordeling av ressurser. Arkitekturen sørger for at all bruk av ressurser overvåkes, at bruk av ressurser som følge av en
ressursfordelingsavgjørelse kan kobles til en aktivitet, og at slike avgjørelser er finkornete.
Gjennomførbarheten til omnikjerne-arkitekturen bekreftes gjennom en implementasjon, Vortex, for x86-64-flerkjerneplattformer. Vortex utviser alle de arkitektoniske egenskapene til omnikjerne-arkitekturen
og tilbyr samtidig et stort sett av standard
operativsystemfunksjonalitet. Gjennom Vortex bekreftes effektiviteten til omnikjerne-arkitekturen ved eksperimentelle resultater som påviser nøyaktig kontroll over ressursfordeling i scenario med konkurrerende systemlaster. Eksperimenter som innvolverer Apache, MySQL og Hadoop
kvantifiserer kostnadene assosiert med omnikjerne-arkitekturen til å utgjøre 5% eller mindre av CPU forbruket til en applikasjon. | en |
dc.description.sponsorship | This work was supported in part by the Research Council of Norway as a Center for Research-based Innovation (iAD) | en |
dc.identifier.isbn | 978-82-8236-125-5 | |
dc.identifier.uri | https://hdl.handle.net/10037/6148 | |
dc.identifier.urn | URN:NBN:no-uit_munin_5838 | |
dc.language.iso | eng | en |
dc.publisher | Universitetet i Tromsø | en |
dc.publisher | University of Tromsø | en |
dc.rights.accessRights | openAccess | |
dc.rights.holder | Copyright 2014 The Author(s) | |
dc.rights.uri | https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0 | en_US |
dc.rights | Attribution-NonCommercial-ShareAlike 3.0 Unported (CC BY-NC-SA 3.0) | en_US |
dc.subject | VDP::Mathematics and natural science: 400::Information and communication science: 420::System development and system design: 426 | en |
dc.subject | VDP::Matematikk og Naturvitenskap: 400::Informasjons- og kommunikasjonsvitenskap: 420::Systemutvikling og -arbeid: 426 | en |
dc.title | The Omni-Kernel Architecture: Scheduler Control Over All Resource Consumption in Multi-Core Computing Systems | en |
dc.type | Doctoral thesis | en |
dc.type | Doktorgradsavhandling | en |