Umeå University's logo

According to the Infrastructure-as-a-Service conceptualization of cloud computing, Infrastructure Providers offer utility-like pay-as-you-go access to computing resources (e.g., data processing, networks, and storage) to Service Providers, who use those resources to host applications for the benefit of end users. The quantity of resources available to Infrastructure Providers at any given moment is limited, as is the quantity of resources allocated to the applications of each Service Provider.

This thesis examines the management of cloud resource scarcity from the perspectives of both Infrastructure and Service Providers, with the aim of finding ways to ensure that the end user experience is minimally affected.

We consider three main strategies for managing cloud resource scarcity. First, we explore ways to efficiently construct collaborative federations of autonomous and independent Infrastructure Providers that allow local resource scarcity to be masked by extension using capacity from remote sites. Second, we consider how scheduling both within a cloud site and across a federation can be made aware of restrictions imposed by Service Providers for, e.g., performance or legal reasons. Third, we suggest ways of making applications conscious of resource availability so that they can apply quality elasticity under resource constraints.

The thesis is the culmination of 11 years of work within academia and industry. Based on the unique perspective granted by this long experience, the introductory chapters present a historical view of each subtopic mentioned above. Specifically, they discuss how cloud computing has evolved in conjunction with ways of developing applications to the symbiotic benefit of both, leading to the emergence of cloud-native software that allows Infrastructure Providers to use their infrastructure more efficiently and offer it more affordably while simultaneously granting Service Providers improved availability and performance in cloud-based environments.

I molnet (cloud computing), ur Infrastructure-as-a-Service-perspektivet, ger infrastruktursleverantörer tillgång till datorresurser (såsom databehandlings-, nätverks- och lagringskapacitet) med en löpande betalningsmodell till tjänsteleverantörer så att dessa kan erbjuda applikationer till fördel för slutanvändare. För infrastruktursleverantörer finns det en begränsning i mängden datorresurser som är tillgängliga vid varje givet tillfälle. För tjänsteleverantörer finns det en begränsning i hur många sådana resurser som är allokerade till deras applikationer.

Det övergripande målet med denna doktorsavhandling är att studera olika sätt att hantera resursbrister i molnet ur både infrastruktursleverantörers och tjänsteleverantörers perspektiv, så att slutanvändares upplevelse blir minimalt påverkad.

Våra ansatser till att hantera resursbrister i molnet kommer från tre huvudsakliga områden. Först utforskar vi federationer av autonoma och oberoende infrastruktursleverantörer, som möjliggör att lokala resursbrister kan maskeras genom att utöka och nyttja resurser från andra leverantörer. Därnäst undersöker vi hur schemaläggning både inom och mellan molnsajter i en federation kan göras medveten om begränsningar som tjänsteleverantörer kräver av exempelvis prestanda- eller legala skäl. Slutligen föreslår vi olika sätt hur applikationer kan göras medvetna om nuvarande resurstillgång och göras kvalitetselastiska.

Avhandlingen utgör kulmen av 11 års arbete inom akademins och industrins värld. Baserat på de unika möjligheter en sådan erfarenhet ger presenteras även ett historiskt perspektiv av dessa områden i de inledande kapitlen. I dessa kapitel diskuterar vi hur molnet har utvecklats tillsammans med hur applikationer levereras till slutkunder och hur ett symbiotiskt förhållande uppstått dem emellan. Resultatet är mjukvara som är cloud-native, vilket möjliggör för infrastruktursleverantörer att till högre grad effektivt utnyttja sin infrastruktur och erbjuda tillgång till den på ett mer kostnadseffektivt sätt, samt ger tjänsteleverantörer ökad tillgänglighet och prestanda i molnbaserade miljöer.