Efficient support for data-intensive scientific workflows on geo-distributed clouds

par Luis Eduardo Pineda Morales

Thèse de doctorat en Informatique

Sous la direction de Gabriel Antoniu.

Soutenue le 24-05-2017

à Rennes, INSA , dans le cadre de École doctorale Mathématiques, télécommunications, informatique, signal, systèmes, électronique (Rennes) , en partenariat avec Institut de Recherche en Informatique et Systèmes Aléatoires (laboratoire) et de Kerdata (laboratoire) .

  • Titre traduit

    Support pour l'exécution efficace des workflows scientifiques à traitement intensif de données sur les cloud géo-distribués


  • Résumé

    D’ici 2020, l’univers numérique atteindra 44 zettaoctets puisqu’il double tous les deux ans. Les données se présentent sous les formes les plus diverses et proviennent de sources géographiquement dispersées. L’explosion de données crée un besoin sans précédent en terme de stockage et de traitement de données, mais aussi en terme de logiciels de traitement de données capables d’exploiter au mieux ces ressources informatiques. Ces applications à grande échelle prennent souvent la forme de workflows qui aident à définir les dépendances de données entre leurs différents composants. De plus en plus de workflows scientifiques sont exécutés sur des clouds car ils constituent une alternative rentable pour le calcul intensif. Parfois, les workflows doivent être répartis sur plusieurs data centers. Soit parce qu’ils dépassent la capacité d’un site unique en raison de leurs énormes besoins de stockage et de calcul, soit car les données qu’ils traitent sont dispersées dans différents endroits. L’exécution de workflows multisite entraîne plusieurs problèmes, pour lesquels peu de solutions ont été développées : il n’existe pas de système de fichiers commun pour le transfert de données, les latences inter-sites sont élevées et la gestion centralisée devient un goulet d’étranglement. Cette thèse présente trois contributions qui visent à réduire l’écart entre les exécutions de workflows sur un seul site ou plusieurs data centers. Tout d’abord, nous présentons plusieurs stratégies pour le soutien efficace de l’exécution des workflows sur des clouds multisite en réduisant le coût des opérations de métadonnées. Ensuite, nous expliquons comment la manipulation sélective des métadonnées, classées par fréquence d’accès, améliore la performance des workflows dans un environnement multisite. Enfin, nous examinons une approche différente pour optimiser l’exécution de workflows sur le cloud en étudiant les paramètres d’exécution pour modéliser le passage élastique à l’échelle.


  • Résumé

    By 2020, the digital universe is expected to reach 44 zettabytes, as it is doubling every two years. Data come in the most diverse shapes and from the most geographically dispersed sources ever. The data explosion calls for applications capable of highlyscalable, distributed computation, and for infrastructures with massive storage and processing power to support them. These large-scale applications are often expressed as workflows that help defining data dependencies between their different components. More and more scientific workflows are executed on clouds, for they are a cost-effective alternative for intensive computing. Sometimes, workflows must be executed across multiple geodistributed cloud datacenters. It is either because these workflows exceed a single site capacity due to their huge storage and computation requirements, or because the data they process is scattered in different locations. Multisite workflow execution brings about several issues, for which little support has been developed: there is no common ile system for data transfer, inter-site latencies are high, and centralized management becomes a bottleneck. This thesis consists of three contributions towards bridging the gap between single- and multisite workflow execution. First, we present several design strategies to eficiently support the execution of workflow engines across multisite clouds, by reducing the cost of metadata operations. Then, we take one step further and explain how selective handling of metadata, classified by frequency of access, improves workflows performance in a multisite environment. Finally, we look into a different approach to optimize cloud workflow execution by studying some parameters to model and steer elastic scaling.


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