Χρονοδρομολόγηση εργασιών σε περιβάλλοντα υπολογιστικών νεφών
Authors: Τυχάλας Δημήτριος 
Published: November 2021

Στη σημερινή εποχή τα σύνθετα προβλήματα που τίθενται και πρέπει να επιλύσουν οι εφαρμογές αυξάνουν εκθετικά τις ανάγκες για υπολογιστικούς πόρους. Τα συστήματα Υπολογιστικών Νεφών τις τελευταίες δεκαετίες γίνονται ολοένα και πιο συχνά η επικρατέστερη επιλογή από εταιρείες και οργανισμούς. Αυτό οφείλεται κυρίως στους θεωρητικά άπειρους υπολογιστικούς πόρους που έχει ένα τέτοιο σύστημα, στην άμεση πρόσβαση από οπουδήποτε, την ανοχή σε σφάλματα καθώς και τις δυνατότητες επεκτασιμότητας. Αυτή η άνοδος των Υπολογιστικών Νεφών έχει οδηγήσει τους παρόχους να προσφέρουν ολοένα και περισσότερους υπολογιστικούς πόρους προς τους τελικούς χρήστες καθώς κι εξεζητημένες λύσεις για να καλύψουν κάθε ανάγκη: από αποθήκευση και επεξεργασία δεδομένων σε συνδυαστική χρήση πολλαπλών υπολογιστικών πόρων. Επιπλέον οι ανάγκες για αποφυγή αυξημένης κίνησης δικτύου, μείωση του χρόνου μεταφόρτωσης εργασιών καθώς κι εκμετάλλευσης κάθε υπολογιστικού πόρου έχει οδηγήσει στην εφεύρεση νέων παραδειγμάτων όπως η Υπολογιστική Ομίχλη, η Υπολογιστική Ζούγκλα αλλά και σε νέα αρχιτεκτονική ανάπτυξης εφαρμογών, τις Μικρουπηρεσίες.Τα συστήματα Υπολογιστικών Νεφών "χτίστηκαν" πάνω σε τεχνολογίες εικονικοποίησης και μέχρι σήμερα είναι άρρηκτα συνδεδεμένα με αυτές. Υπάρχει μια πληθώρα από τεχνολογίες εικονικοποίησης οι οποίες προσφέρουν την δυνατότητα ταυτόχρονης χρήσης των υπολογιστικών πόρων από πολλαπλούς χρήστες εξισορροπώντας τον φόρτο εργασιών και μειώνοντας την κατανάλωση ενέργειας. Για την επίτευξη των παραπάνω δημιουργήθηκαν οι Εικονικές Μηχανές οι οποίες προσφέρουν ένα εικονικό σύστημα προς τον τελικό χρήστη το οποίο βασίζεται σε ένα πραγματικό. Το σημαντικότερο όφελος της παραπάνω υλοποίησης είναι η ταυτόχρονη χρήση των υπολογιστικών πόρων χωρίς την ανάγκη εξεζητημένων γνώσεων από τον τελικό χρήστη, καθώς για αυτόν είναι "ένα" σύστημα. Το μεγαλύτερο μειονέκτημα μιας Εικονικής Μηχανής είναι ο μεγάλος χρόνος εκκίνησης. Λύση σε αυτό το πρόβλημα δόθηκε από μια ελαφρύτερη τεχνολογία εικονικοποίησης, τα Containers. Το βασικό χαρακτηριστικό τους είναι ότι κάνουν χρήση του λειτουργικού συστήματος που έχει το πραγματικό σύστημα και ταυτόχρονα παραμένουν απομονωμένα, προσφέροντας καλύτερη χρησιμοποίηση των διαθέσιμων πόρων και μειωμένους χρόνους εκκίνησης.Από τα παραπάνω γίνεται αντιληπτό ότι υπάρχει η ανάγκη για καλύτερους και πιο ευέλικτους αλγόριθμους χρονοδρομολογήσης οι οποίοι πρέπει να μπορούν να προσαρμόζονται στην μεγάλη ετερογένεια των διαθέσιμων υπολογιστικών πόρων. Στόχος της διατριβής είναι να γίνει ανάλυση κι επέκταση των διαθέσιμων αλγορίθμων ώστε να εξερευνηθεί η δυνατότητα προσαρμογής τους σε τέτοια πολύπλοκα συστήματα με στόχο την εξισορρόπηση φόρτου εργασιών καθώς και τη μείωση κόστους. Τα συστήματα τα οποία μοντελοποιούνται αποτελούνται από υπολογιστικούς πόρους με μεγάλη ανομοιογένεια και γίνεται χρήση απλών εργασιών αλλά και εργασιών τύπου Σάκος-από-Διεργασίες. Πέραν αυτού εξετάζονται τα παραδείγματα Υπολογιστικής Ομίχλης, Υπολογιστικής Ζούγκλας καθώς και Υπολογιστικά Συστήματα Υβριδικών Νεφών. Για όλες τις περιπτώσεις γίνεται σύγκριση με υπάρχουσες μεθοδολογίες που είναι ευρέως διαδεδομένες.Συνοψίζοντας, η προσφορά της παρούσας διατριβής βρίσκεται στην ανάπτυξη μεθοδολογιών χρονοδρομολόγησης εργασιών σε περιβάλλοντα Υπολογιστικών Νεφών για διάφορους τύπους εργασιών, είτε απλών, είτε σύνθετων. Η απόδοση αυτών των μεθοδολογιών γίνεται τόσο σε πραγματικά συστήματα όσο, κυρίως, και σε μοντέλα πολύπλοκων ετερογενών συστημάτων με την χρήση προσομοίωσης.