Performances réseaux et système pour le cloud computing

Joint network and system performance for cloud computing

• Auteur / Autrice : Sonia Belhareth
• Direction : Guillaume Urvoy-Keller, Denis Collange
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 18/12/2014
• Etablissement(s) : Nice
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et technologies de l'information et de la communication (Sophia Antipolis, Alpes-Maritimes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Informatique, signaux et systèmes (Sophia Antipolis, Alpes-Maritimes) - Laboratoire d'Informatique- Signaux- et Systèmes de Sophia-Antipolis (I3S) / Equipe SIGNET
• Jury : Président / Présidente : André-Luc Beylot
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Guillaume Urvoy-Keller, Denis Collange, André-Luc Beylot, Martin Heusse, Dino-Martin Lopez-Pacheco, Matti Siekkinen
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : André-Luc Beylot, Martin Heusse

Mots clés

Mots clés contrôlés

Théorie du champ moyen

TCP/IP (protocole de réseaux d'ordinateurs)

Informatique dans les nuages

Mots clés libres

Informatique en nuages

Performance

Champ moyen

Cloud

TCP Cubic

Performance

Mean-field

Résumé

Le cloud computing permet d'offrir un accès à la demande à des ressources de calcul et de stockage. Le succès du cloud computing nécessite la maîtrise d'aspects système et réseau. Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés aux performances du protocole TCP Cubic, qui est la version par défaut de TCP sous Linux et donc présent dans de nombreux serveurs opérationnels dans les data centers actuels. Afin de comprendre les performances d'un environnement cloud, qui offre un faible produit bande passante-délai pour le cas intra-data center, et un fort produit dans le cas inter-data center, nous avons développé des modèles analytiques pour les cas d'une ou plusieurs connexions TCP Cubic. Nos modèles se sont révélés précis dans le cas intra-datacenter, mais ne capturaient pas la synchronisation des pertes indiquée par les simulations ns-2 dans le cas inter-datacenter. Nous avons complété les simulations par des tests en environnements réels avec (i) un réseau expérimental à l'I3S ; et (ii) une solution cloud interne à Orange : Cube. Les études dans Cube nous ont démontré la forte corrélation qui pouvait exister entre performances réseau et système, et la complexité d'analyser les performances des applications dans des contextes cloud. Les études dans l'environnement I3S ont confirmé la forte synchronisation qui peut exister entre connexions TCP Cubic et nous ont permis de définir les conditions d'apparition de cette synchronisation. Nous avons étudié deux types de solution pour lutter contre la synchronisation: des solutions niveau client, avec des modifications de TCP Cubic, et des solutions réseau avec l'utilisation de politiques de gestion de tampon, notamment PIE et Codel.

Cloud computing enables a flexible access to computation and storage services. This requires, for the cloud service provider, mastering network and system issues. During this PhD thesis, we focused on the performance of TCP Cubic, which is the default version of TCP in Linux and thus widely used in today's data centers. Cloud environments feature low bandwidth-delay products (BPD) in the case of intra data center communications and high BDP in the case of inter data center communications. We have developed analytical models to study the performance of a Cubic connection in isolation or a set of competing Cubic connections. Our models turn out to be precise in the low BDP case but fail at capturing the synchronization of losses that ns-2 simulations reveal in the high BDP case. We have complemented our simulations studies with tests in real environments: (i) an experimental network at I3S and (ii) a cloud solution available internally at Orange: Cube. Studies performed in Cube have highlighted the high correlation that might exist between network and system performance and the complexity to analyze the performance of applications in a cloud context. Studies in the controlled environment of I3S have confirmed the existence of synchronization and enabled us to identify its condition of appearance. We further investigated two types of solution to combat synchronization: client level solutions that entail modifications of TCP and network level solutions based on queue management solutions, in particular PIE and Codel.