I nte rna t io na l J o urna l o f   E lect rica l a nd   Co m p ute r  E ng in ee ring   ( I J E CE )   Vo l.   8 ,   No .   5 ,  Octo b e r   2 0 1 8 ,   p p .   3 8 90 ~3 901   I SS N:  2 0 8 8 - 8708 ,  DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j ec e . v8 i 5 . p p 3 8 90 - 3 901          3890       J o ur na l ho m ep a g e :  h ttp : //ia e s co r e . co m/ jo u r n a ls /in d ex . p h p / I JE C E   Energ y - Aw a re Adaptiv e F o ur T hr esho lds Techni qu e f o r  O pti m a l  Virt ua l  M a chine P la ce m e nt       A.   R.   M o ha za biy eh 1 ,  K H .   A m i riza deh 2   1 De p a rtme n t  o f   Co m p u ter E n g in e e rin g ,   Bu sh e h r   Bra n c h ,   Isla m ic  Az a d   Un iv e rsity ,   Bu sh e h r   , Ira n   2 De p a rtme n t  o f   Co m p u ter E n g in e e rin g ,   G a r m sa r  Bra n c h ,   Isla m ic  Az a d   Un iv e rsity ,   G a r m sa r,   Ira n       Art icle  I nfo     AB ST RAC T     A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Feb   1 5 ,   2 0 1 8   R ev i s ed   Ma y   1 7 ,   2 0 1 8   A cc ep ted   Ma y   2 4 ,   2 0 1 8     W it h   th e   in c re a sin g   e x p a n sio n   o f   c lo u d   d a ta  c e n ters   a n d   th e   d e m a n d   f o r  c lo u d   se rv ice s,  o n e   o f   th e   m a jo r  p ro b lem s  fa c in g   th e se   d a ta  c e n ters   is  th e   “ in c re a sin g   g ro w th   in   e n e rg y   c o n su m p ti o n   " .   In   t h is  p a p e r,   w e   p ro p o se   a   m e th o d   t o   b a lan c e   th e   b u rd e n   o f   v irt u a l  m a c h in e   re so u rc e s  in   o r d e r  to   re d u c e   e n e rg y   c o n su m p ti o n .   T h e   p ro p o se d   tec h n iq u e   is  b a se d   o n   a   f o u r - a d a p ti v e   th re sh o l d   m o d e l  to   re d u c e   e n e rg y   c o n su m p ti o n   in   p h y sic a l  s e rv e rs  a n d   m in i m ize   S LA  v io latio n   in   c lo u d   d a ta  c e n ters .   Ba se d   o n   th e   p ro p o se d   tec h n iq u e ,   h o sts  w il l  b e   g ro u p e d   i n to   f iv e   c lu ste rs:  h o sts  w it h   lo w   lo a d ,   h o sts   w it h   a   li g h t  l o a d ,   h o sts  w it h   a   m id d le  l o a d ,   h o sts  w it h   h ig h   l o a d   a n d   f in a ll y ,   h o sts  w it h   a   h e a v y   lo a d .   V irt u a l  m a c h in e s  a re   tran s f e rre d   f ro m   th e   h o st  w it h   h ig h   l o a d   a n d   h e a v y   lo a d   to   t h e   h o sts  w it h   li g h t  l o a d .   A lso ,   t h e   VMs  o n   lo w   h o sts  w il l  b e   m i g ra ted   to   th e   h o sts  w it h   m id d le  lo a d ,   w h il e   th e   h o st  w it h   a   li g h t  lo a d   a n d   h o sts  w it h   m id d le  lo a d   re m a in   u n c h a n g e d .   T h e   v a l u e s  o f   th e   th re sh o l d s  a re   o b tain e d   o n   th e   b a sis  o f   th e   m a th e m a ti c a l  m o d e li n g   a p p ro a c h   a n d   th e   - M e a n s  Clu ste rin g   Alg o rit h m   is  u se d   f o r  c lu ste rin g   o f   h o sts.   Ex p e rime n tal  re su lt s sh o w   th a t  a p p ly in g   th e   p ro p o se d   tec h n i q u e   w il l  im p ro v e   th e   lo a d   b a lan c in g   a n d   re d u c e   th e   n u m b e r  o f   V M   m ig ra ti o n   a n d   re d u c e   e n e rg y   c o n su m p ti o n .   K ey w o r d :   A d ap tiv e  f o u r - t h r es h o ld   C lo u d   co m p u tin g   D y n a m ic  v ir t u aliza tio n   E n er g y   e f f icie n c y   SLA   Ag r ee m en t   Co p y rig h t  ©   2 0 1 8   In stit u te o f  A d v a n c e d   E n g i n e e rin g   a n d   S c ien c e .    Al l  rig h ts  re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   A .   R .   Mo h az ab i y e h ,   Dep ar t m en t o f   C o m p u ter   E n g i n ee r in g ,     I s la m ic  A za d   U n iv er s it y ,     B u s h e h r ,   I r an .   E m ail: a lire za m o h az ab ie @ g m ail. co m       1.   I NT RO D UCT I O N     C lo u d   co m p u t in g   is   a  m o d el  b ased   o n   lar g e  co m p u ter   n et w o r k s ,   s u c h   as  t h e  I n ter n e t,  w h ic h   p r o v id es   a  n e w   m o d el  f o r   th e  s u p p l y ,   u s e  an d   d eliv er y   o f   I T   s er v ices  an d   o th er   co m p u tatio n al  r eso u r ce s   f o r   th e  u s e  o f   th e  I n ter n e t.  C lo u d   co m p u ti n g   is   n o w   m o r e  f o cu s ed ,   b ec a u s e  p eo p le  ca n   ac ce s s   r eso u r ce s   in   a  s i m p le  w a y .   C lo u d   co m p u tin g ,   u n l ik e  p r ev io u s   ex a m p le s ,   o f f er s   in f r astr u ctu r e  a s   a  s er v ice  ( I aa S),   a  d atab ase  as  a  s er v ic e   ( P aa S),   an d   s o f t w ar e  as a   s er v i ce   ( SaaS)   [ 1 ] ,  [ 2 ] .   C lo u d   co m p u t in g   h a s   e m er g e d   as  a  d is tin ct  w a y   to   lease  I T   in f r astru ct u r e  f o r   ev er y d a y   u s e  i n   th e   s h o r t  ter m .   De s p ite  clo u d   co m p u ti n g ,   co m p a n ies   ca n   h a v e   h i g h   ca p ac it y   at  th e   s a m e  ti m e  w i th o u t  h a v in g   to   in v e s t  in   n e w   i n f r a s tr u ct u r e,   t r ain in g   n o v ice  p er s o n n el,   o r   li ce n s i n g   n e w   s o f t w ar e.   C lo u d   co m p u ti n g   o f f er s   a   s p ec ial  ad v a n tag e   f o r   s m al l  an d   m ed iu m - s ized   b u s i n es s es  wh o   w an t  to   co m p letel y   o u ts o u r ce   th eir   d ata  ce n ter   in f r astru ct u r e,   o r   co m p an ie s   t h at  w a n t  to   lo ad   th e ir   ca p ac ity   w it h o u t   i m p o s i n g   h ig h   co s t   o f   co n s u m i n g   lar g e   d ata  ce n ter s .   T h e  p r o b lem   o f   h i g h   e n er g y   c o n s u m p tio n   in   clo u d   d ata  ce n t er s   h as  b ec o m e  a  s er io u s   p r o b le m   d u e  to   lar g e - s ca le  co n s tr u ct io n ,   a n d   o n   th e  o t h e r   h a n d ,   s u ch   d ata  ce n ter s   t h at  co n s u m e  lar g e  a m o u n ts   o f   elec tr ica l   en er g y   w il l  r esu lt  i n   h ig h   e n er g y   co n s u m p tio n   an d   ca r b o n   d io x id e  e m is s io n s .   T h e  g lo b al  d ata  ce n ter 's   co n s u m p tio n   o f   2 0 1 3   w as   r ep o r ted   to   b e  o v er   4 . 3 5   GW   i n   2 0 1 3 ,   w it h   a n   a n n u a l  g r o w th   r ate  o f   1 5 %.  T h e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       E n erg y - A w a r e  A d a p tive  F o u r   Th r esh o ld s   Tech n iq u e  fo r   Op t ima l V ir tu a l Ma ch in e  …  ( A .   R .   Mo h a z a b iyeh )   3891   is s u e  o f   h i g h   p o w er   co n s u m p t io n   o f   d ata  ce n ter s   h a s   ca u s ed   p r o b lem s   s u ch   a s   en er g y   d is s ip atio n ,   lo w   R e tu r n   o n   I n v e s t m en t ( R OI ) , s y s te m   i n s tab ili t y   a n d   m o r e  ca r b o n   d io x id e  e m i s s io n s [ 3 ] ,   [ 4 ] .   Of   co u r s e,   m o s t   h o s ts   in   d ata  ce n ter s   ar e   in   lo w   C P U  u s a g e.   B ar r o s o   an d   Ho lzle    p er f o r m e d   a  s u r v e y   o v er   h alf   a  y ea r   an d   f o u n d   th at  m o s t  h o s t s   in   d ata  ce n ter s   o p er ate  at  l o w er   th an   5 0 %  C P U  u tili za tio n   [ 5 ] .   B o h r er   an d   co lleag u es  ex a m i n ed   th e  p r o b lem   o f   h ig h   en e r g y   co n s u m p tio n   a n d   ac h iev e d   th e  s a m e  r esu lt.   T h er ef o r e,   d ata  ce n ter   p o w er   co n s u m p tio n   i s   v er y   n ec ess ar y   at  t h e  s a m e  ti m e  as   m in i m izin g   S L A    ag g r e s s io n   [ 6 ] .   I n   th i s   p ap er ,   w e  p r o p o s e  an   o p ti m al  p lace m e n t  al g o r ith m   f o r   v ir t u al  m ac h i n e s   b ased   o n   en er g y - a w ar e  ad ap tiv e  Fo u r - T h r esh o ld s   tech n iq u e  f o r   r ed u cin g   e n e r g y   co n s u m p tio n   an d   m i n i m izin g   s er v ice  le v el  v io latio n s   in   clo u d   d atac en te r s ,   an d   W e  v er if y   th e  e f f ec t iv en e s s   o f   th e  p r o p o s ed   alg o r ith m s   u s in g   t h e   C lo u d Si m   to o lk i t.   T h e  m ai n   p ar ts   o f   t h e  p ap er   ar e  s u m m ar ized   as f o llo w s :   a.   I n   th e  p r o p o s ed   m et h o d   o f   o p ti m izi n g   th e  v ir tu a l  m ac h i n e   p lace m en t  al g o r ith m   b ased   o n   th e  E n er g y - Aw ar e  ad ap tiv e  f o u r   th r es h o ld s ,   h o s ts   in   d ata  ce n ter   ar e  class i f ied   in to   f i v e  ca teg o r ies  a cc o r d in g   to   th eir   lo ad .   Vir tu al  m ac h i n es   ar e  tr an s f er r ed   f r o m   th e  h o s t  w it h   h i g h   lo ad   an d   h ea v y   lo ad     to   t h e   h o s t s   w it h   li g h t   lo ad   an d   tr an s f er r ed   f r o m   h o s t s   w ith   lo w   lo ad   to   th e  h o s ts   w i th   m id d le  lo ad ,   w h ile  Vir t u al  Ma ch i n es i n   th e   h o s t  w it h   li g h t lo ad   an d   m o d er ate  lo ad   r em ai n s   u n c h a n g ed .   b.   P r esen tin g   an   A d ap ti v e  Fo u r - T h r esh o ld   A l g o r ith m   to   Dete r m i n e  th e  Fo u r   T h r esh o ld s .   c.   T h e  u s e  o f   a  v ir t u al  d ev ice  s el ec tio n   ap p r o ac h   an d   an   allo ca tio n   alg o r it h m .   d.   E v alu a tin g   p r o p o s ed   alg o r ith m s   w i th   e x te n s i v e  s i m u latio n   u s i n g   th e  C lo u d Si m   to o l.   T h e  r est  o f   th is   p ap er   is   o r g an ized   as  f o llo w s .   I n   Sectio n   2 ,   th e  r elate d   w o r k   is   d is c u s s ed .   Sectio n   3   p r esen ts   th e   p o w er   m o d el,   t h e  tr an s f er   co s t   o f   VM   m i g r ati o n ,   S L A   v io latio n   m etr ics,  a n d   en er g y   e f f icie n c y   m etr ics.  Sec tio n   4   p r o p o s es  th e  p r o p o s ed   m et h o d ,   th e  f o u r - s tep   ap p r o ac h   alg o r ith m ,   th e  VM   s elec tio n   ap p r o ac h ,   an d   th e  VM   d ep lo y m e n t  a lg o r it h m .   E x p er i m e n t s   an d   p er f o r m a n ce   e v al u atio n   ar e  p r esen ted   i n   Sectio n   5 .   Sectio n   6   p r o v id es th e  co n cl u s io n s   o f   t h e  p ap er .       2.   RE L AT E D  WO RK S   T h er e  is   cu r r en tl y   a  lo t  o f   r es ea r ch   th at  f o cu s e s   o n   m an a g i n g   e n er g y   e f f icie n c y   r eso u r ce s   in   clo u d   d ata  ce n ter s .   Z h o u   Z h o u   an d     et  a l .,   p r esen ted   an   ad ap tiv e  th r ee - th r e s h o ld   e n er g y   a w a r en ess   alg o r it h m   i n   2 0 1 6 .   T h e  p u r p o s e  o f   p r o v id i n g   th i s   al g o r ith m   i s   to   p r o p er l y   ac co m m o d ate  a  v ir t u al  d e v i ce   o n   a  d ata  c en ter   b y   r ed u ci n g   t h e  le v el   o f   s er v ice - le v el  v io latio n   [ 7 ] .   Nid a  J in   et  a l .,   p r ese n ted   t h e  Fire f l y   al g o r ith m   FF O - E E VM   in   2 0 1 6 .   T h is   al g o r ith m   is   p r o v id ed   f o r   en er g y   o p ti m izatio n   i n   d ata  ce n ter s   a n d   v ir t u al  m ac h i n e   m i g r atio n   w i th   e n er g y   co n s ci o u s n e s s   [ 8 ].   Y an g   Qia n g   a n d   et  a l . ,   ( 2 0 1 3 )   in tr o d u ce d   a  m u lti - o b j ec tiv e  an io n   clo n e  s y s te m   al g o r ith m   f o r   clo u d   co m p u ti n g   v ir t u al  m ac h i n es  ca lled   VM P A C S.  T h e  g o al  o f   th i s   al g o r ith m   w a s   to   i m p r o v e  t h e  p o w er   ef f i cien c y   an d   r eso u r ce   u tili za tio n   i n   a  clo u d   co m p u ti n g   e n v ir o n m e n t  b y   f itti n g   th e   v ir tu a l  m ac h in e s   in   t h e   d ata   ce n ter s   [ 9 ]   . Kar ab o g a  an d   et  a l .,   ( 2011 )   an d   Geo r g e  an d   e t  a l .,   ( 2 0 1 3 )   d id   a   r esear ch   o n   co lo n y   b ee   alg o r it h m s   ca lled   A B C .   B ee   b ased   al g o r ith m s   ar e  m o d eled   o n   th e  b eh av io r   o f   b ee s   i n   th e  h iv e   o r   o u ts id e  it ,   e s p ec i all y   t h eir   b eh av io r   in   f in d i n g   th e  s o u r ce   o f   f o o d .   T h e  A B C   alg o r it h m   a m o n g   o th er   alg o r it h m s   h as  t h e  b est   p er f o r m an ce   i n   ter m s   o f   f i n d in g   t h e  r i g h t  r esp o n s e  a n d   s p ee d ,   an d   is   also   s u itab le   f o r   s o lv i n g   co m p lex   p r o b lem s   [ 10 ] .   Ma n s u r   M u r s h a d   et  a l ., ( 2014 )   o f f er ed   th e   A V VM C   al g o r it h m   to   b alan ce   r eso u r ce s   ac r o s s   s er v er s   w i th   v ar io u s   co m p u tin g   r e s o u r ce s   s u c h   as  m e m o r y ,   p r o ce s s o r   an d   n et w o r k   o u tlet  i n   o r d er   to   m i n i m ize  p o w er   co n s u m p tio n .   T h is   m e th o d   p r o d u ce s   a  co m p le x   s o l u tio n   f o r   co m p lex   p r o b lem s   li k e  b in - pa c k i n g   an d   p r o d u ce s   an   o p tim al   s o l u tio n   f o r   r eg u lar   p ath s   [ 11 ] .   B o y a  et  a l .,   Pro v id ed   a   VM   ( s i n g le - t h r es h o ld )   ( ST )   d ep lo y m e n t  al g o r ith m   b a s ed   o n   a  co m b i n atio n   o f   VM   c h o ices .   T h e  ST   alg o r ith m   ad j u s ts   th e  s a m e  v al u e  f o r   s er v er   C P U  u t ilizatio n   to   en s u r e  th at  a ll  Ser v er s   ar e  b elo w   th is   v alu e.   I t  i s   k n o w n   th at  t h e  ST   alg o r ith m   ca n   s a v e   en er g y   an d   r ed u ce   t h e  a g g r e s s io n   o f   th e  S L A ,   b u t  t h e  a g g r e s s io n   r e m ai n s   h i g h   [ 12 ] .  B elo g lazo v   an d   B o y a  p r o v id e  an   ef f icie n t  en er g y   r eso u r ce   m a n ag e m e n t  s y s te m   th at  i n clu d e s   th e   d is t r ib u to r ,   g lo b al  m a n a g er ,   lo ca l  m a n ag er   a n d   v ir t u al  m ac h i n e  m o n ito r   ( VM M) .   B elo g laz o v   et  a l .,   co n s id er   a  n e w   DT   ( d o u b le  th r esh o ld )   VM   alg o r ith m   to   i m p r o v e  en er g y   e f f icien c y .   DT   test s   th e  t wo   th r esh o ld s   s o   th at   th e  C P U  u tili ze s   all  t h e  h o s ts   b et w ee n   th e  t w o   th r es h o ld s , al th o u g h   en er g y   co n s u m p tio n   a n d   S L A   ag g r es s io n   f o r   th e   DT   alg o r ith m   s h o u ld   b e  r ed u ce d   to   a  g r ea ter   d eg r e e.   P r io r   to   th at,   B elo g lazo v   a n d   B o y a  p r o p o s ed   a  d o u b le  th r es h o ld   ad ap tiv e  V M  p lace m e n t  al g o r ith m   to   i m p r o v e  en er g y   e f f ic ien c y   i n   d a ta  ce n ter s .   Ho w e v er ,   en er g y   co n s u m p tio n   i n   d atac en ter s   r e m a in s   h i g h   [ 13 ].             Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  8 ,   No .   5 ,  Octo b er   2 0 1 8   :   3 8 90   –   3 9 0 1   3892   3.   P O WE R  M O DE L ,   CO ST   O F   VM   M I G RAT I O N,   SL A  VIOLA T I O N  M E T R I CS A ND  E N E R G Y  E F F I CI E NC Y  M E T RICS   3 . 1 .   P o w er   m o del   E n er g y   co n s u m p tio n   b y   s er v er s   in   d ata  ce n ter s   is   r elate d   to   C P U,   m e m o r y ,   d is k ,   an d   b an d w id t h .   R ec en t  s tu d ie s   [ 7 ]   h av e  s h o w n   th at,   ev en   i f   th e  DV FS   m e th o d   is   u s ed ,   th e  en er g y   co n s u m p tio n   b y   s er v er s   h as   a  lin ea r   r elat io n s h ip   w i th   its   C P U  u tili za tio n .   Ho w e v er ,   w it h   th e   d ec r ea s e  o f   h ar d w ar e  p r ice,   m u ltico r e  C P U s   an d   m e m o r y   w it h   lar g e - ca p ac it y   ar e  w id el y   eq u ip p ed   in   s e r v er s ,   an d   ca u s ed   th e   co n v en t io n al  li n ea r   m o d el   n o t  to   b e  ab le  to   ac cu r atel y   d eter m in e  t h e  e n er g y   co n s u m p tio n   o f   th e  s er v er s . I n   o r d er   to   d ea l  w ith   t h i s   p r o b lem ,   w e  u s e  ac tu al  e n er g y   co n s u m p tio n   d ata,   w h ich   w a s   s u g g e s ted   b y   SP E C   p o w er   b en ch m ar k .     3 . 2 .   VM   m ig ra t io n c o s t     P r o p er   VM   m i g r atio n   b et w ee n   s er v er s   ca n   r ed u ce   e n er g y   co n s u m p tio n   a n d   S L A  v io lati o n   i n   d ata   ce n ter s .   ex ce s s i v e  VM   m i g r at io n   ,   o f   co u r s e,   ca n   n e g ati v el y   af f ec t  t h e  p er f o r m an ce   o f   a p p licatio n s   r u n n in g   o n   VM s .   Vo o r s lu y s   et  a l .,   [ 1 4 ]   in v es tig a ted   th e  p r o b lem   o f   VM   m i g r atio n   co s t .   R ed u c tio n   in   th e  p er f o r m a n ce   o f   th e  VM   ca n   b e  ex p r ess ed   as   f o llo w s :             ∫    (   )                                  ( 1 )                                        ( 2 )        W h er e  C   r ep r esen t s   a  d ec r ea s e  in   t h e  o v er all  p er f o r m an ce   d u e  to   th e  VM   j   ( v ir tu al  m ac h in e   tr an s f er   co s t) ,   p ar am eter   k  i s   t h e  av er a g e  co ef f icien t  o f   p er f o r m a n ce   d ev i atio n   ca u s ed   b y   v ir tu al  m ac h i n es  ( k   v al u e  ca n   b e  esti m ated   ab o u t  0 . 1   ( 1 0 %)  o f   C P U  u til izatio n   in   te r m s   o f   ca teg o r ies  o f   w eb   ap p licatio n s ) .   T h e  f u n ctio n   u p  ( t )   co r r esp o n d s   to   th e  a m o u n t   o f   p r o ce s s o r   u tili za tio n   b y   VM   j ,   th e  p ar a m eter   t 0  i s   t h e  s tar t  ti m e  o f   t h e  tr a n s f er ,   Tm j  is   th e  co m p letio n   ti m e,   M j   is   th e  to tal  m e m o r y   u s ed   b y   V M  j ,   an d   Bj   r e p r esen ts   t h e  a v ai lab le  b an d w id t h .   W e  h av e  s elec ted   t w o   s er v er s   eq u ip p ed   w it h   d u al - co r e  p r o ce s s o r s .   T h e  m a in   co n f i g u r a tio n   o f   t h e  t w o   s er v er s   is   a s   f o llo w s :   On e  o f   t h e m   is   HP   P r o L ian t  G4   w i th   1 . 8 6 GHz   ( d u al - co r e) ,   4 GB   R A M  a n d   th e   o th er   i s   H P   P r o L ian t   G5   w i th   2 . 6 6 GHz   ( d u al - co r e) ,   4   GB   R A M.   E n er g y   co n s u m p tio n   f o r   th e  t w o   s er v er s   at  d i f f er en t  lo ad   lev el s   i s   p r esen ted   in   T ab le  1   [ 1 5 ] .       T ab le  1 .   P o w er   C o n s u m p t io n   b y   t h e  t w o   Ser v er s   at  d if f er en t   L o ad   L ev e ls   i n   W atts   S e r v e r   0%   1 0 %   2 0 %   3 0 %   4 0 %   5 0 %   6 0 %   7 0 %   80 %   9 0 %   1 0 0 %   H P   P r o L i a n t   G 4   86   8 9 . 4   9 2 . 6   96   9 9 . 5   1 0 2   1 0 6   1 0 8   1 1 2   1 1 4   1 1 7   H P   P r o L i a n t   G 5   9 3 . 7   97   1 0 1   1 0 5   1 1 0   1 1 6   1 2 1   1 2 5   1 2 6   1 3 3   1 3 5       3 . 3 .   SL A  v io la t io n  m et ric s   SLA   v io latio n   is   a  v er y   i m p o r tan t  f ac to r   f o r   an y   VM   m ig r atio n   alg o r it h m .   th er e  ar e   cu r r en tl y   t w o   m et h o d s   f o r   d escr ib in g   t h e  S L A   v io latio n   [ 16 ].   a.   P DM   ( Ov er all  lo s s   o f   p er f o r m an ce   d u e  to   VM   Mig r atio n ) .   I t is in d icate d   in   t h e  eq u atio n :                  ∑                                      ( 3 )     W h er e   p ar a m eter   M  r ep r esen t s   t h e  n u m b er   o f   v ir tu al   m ac h i n es  in   t h e  d ata  ce n ter ,   Cd j   is   th e  e s ti m ate  o f   t h e   y ield   lo s s   d u e  to   t h e  tr an s m is s io n   o f   VM j   an d   Cr j   co r r esp o n d   to   th e  to tal  ca p ac ity   o f   th e  d e m an d ed   p r o ce s s o r   b y   VM j   d u r in g   it s   li f eti m e.   b.   SLA T A H  ( S L A   V io latio n   T im e  p er   A cti v e  Ho s t) .   I t  m ea n s   th e   p er ce n tag e   o f   to tal   S L A  v io latio n   ti m e,   d u r in g   w h ich   th e   C P U  u tili za tio n   b y   th e  ac t iv e  h o s t   h a s   r e ac h ed   1 0 0 %   an d   is   s h o w n   b y   th e  f o llo w i n g   eq u atio n :                      ∑                                  ( 4 )     W h er e  N   d en o te s   t h e  n u m b er   o f   h o s ts   in   th e   d ata  ce n ter ,   Ts i   i s   t h e  to tal  ti m e   d u r i n g   wh ich   t h e  p r o ce s s o r   u tili za t io n   b y   t h e  h o s t  i   is   1 0 0 %  an d   r ai s es  t h e  s er v ice   lev e l  Ag r ee m e n t ,  Ta i  is   r elate d   to   t h e  ti m e   th a t  t h e  h o s t   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       E n erg y - A w a r e  A d a p tive  F o u r   Th r esh o ld s   Tech n iq u e  fo r   Op t ima l V ir tu a l Ma ch in e  …  ( A .   R .   Mo h a z a b iyeh )   3893   i  is   ac tiv e.   T h e  lo g ic  o f   th e   s er v ice  lev el  ag r ee m e n t  is   th at  th e  o p er atio n   o f   th e  ac t iv e  h o s t  C P U  h as  ex p er ien ce d   a  1 0 0 %  ex p lo itatio n   r ate,   an d   th e  v ir t u al  m a ch in e s   o n   t h e  h o s t  ca n n o t  b e  p r o v id ed   b y   th e   p r o ce s s o r   d em an d i n g   ca p ac it y .   B o th   P DM   an d   SL A T AH  ar e  t w o   ef f ec ti v e  m et h o d s   f o r   in d ep en d en t  as s es s m e n t  o f     t h e  S L A   v io latio n .   T h er ef o r e,   th e  SLA   v i o latio n   i s   d ef i n ed   as  th e  f o llo w in g   eq u atio n   [ 16 ] :                                             ( 5 )                                 3 . 4 .   E nerg y   ef f iciency   m et ric   E n er g y   e f f icie n c y   i n cl u d es  en er g y   co n s u m p t io n   an d   S L A  v io latio n .   I m p r o v i n g   e n er g y   ef f icie n c y   m ea n s   less   e n er g y   co n s u m p ti o n   an d   les s   S L A  v io latio n   i n   d ata  ce n ter s .   T h er ef o r e,   th e  m etr ic   o f   en er g y   ef f icien c y   i s   d ef i n ed   as  :                                      ( 6 )     W h er e    co r r esp o n d s   to   th e  en er g y   ef f icie n c y   o f   a  d ata  ce n ter ,     is   th e  e n er g y   co n s u m p ti o n   o f   a  d ata  ce n ter ,   an d   SLA   r ep r esen t s   th e  S L A   v io latio n   o f   a  d ata  ce n ter .   E q u atio n   ( 6 )   s h o w s   t h at  th e  h ig h e r   th e  ,   th e  g r ea ter   th e  en er g y   e f f icie n c y [ 7 ].     4.   P RO P O SE D  M E T H O D,   ADAP T I V E   F O UR - T H R E SH O L D  AL G O RI T H M ,   V M   SE L E C T I O N   AP P RO ACH ,   AND  VM   AL L O CAT I O N  AL G O R I T H M   4 . 1 .   P ro po s ed  m et ho d       VM   m i g r atio n   is   a n   ef f ec ti v e   m eth o d   f o r     i m p r o v i n g   e n er g y   e f f icie n c y   i n   d ata  ce n ter s .   Of   co u r s e ,  th er e  ar e  s ev er al  k e y   i s s u es t h at  n ee d   to   b e  ad d r ess ed :    ( 1 )   W h en   it  is   as s u m ed   th a t  a  h o s t  h a s   a  h ea v y   lo ad ,   a  n u m b er   o f   v ir t u al  m ac h in e s   f r o m   t h e  h o s t  m u s t  b e   tr an s f er r ed   to   an o th er   h o s t ;   ( 2 )   w h en   w e  k n o w   th a t  a  h o s t    m u s t  b e  m o d er atel y   lo ad ed   o r   lig h tl y   lo ad ed ,   w e   d ec id e  to   k ee p   all  v ir t u al  m ac h in e s   i n   t h is   h o s t   u n c h an g ed ;   ( 3 )   w h e n   w e  k n o w   t h at   a  h o s t  m u s t   b e  lo w - lo ad ed ,   all  v ir tu a l  m ac h i n es  i n   th e  h o s t  m u s t  b e  tr an s f er r ed   to   an o th er   h o s t;   ( 4 )   s elec tin g   a  VM   o r   m o r e  VM s   th a t   s h o u ld   b e  m i g r ated   f r o m   th e  h ea v i l y   lo ad ed ;   ( 5 )   f in d in g   a  n e w   h o s t  to   ac co m m o d ate  m i g r ated   VM s   f r o m   h ea v i l y   lo ad ed   o r   litt le - lo ad ed   h o s ts .   I n   th e  p r o p o s ed   m et h o d ,   w e  a u to m at icall y   s elec t  f o u r   t h r es h o ld s ,   T l o w ,   T lig h t,  T m id d le  an d   T h ea v y   f o r   s o lv i n g   p r o b lem s   ( 0 ≤   T l   <T li  < T m   <T h   ≤ 1 ) ,   w h ic h   ca u s es  Data   ce n ter   h o s t s   be   d iv id ed   in to   f i v e   ca teg o r ies  :  h o s ts   w it h   lo w   lo ad ,   h o s ts   w it h   li g h t  lo ad ,   h o s t s   w it h   m id d le  lo ad ,   h o s ts   w it h   h ig h   lo ad   an d   h o s t s   w it h   h ea v y   lo ad .   T h e  v a lu e   o f   th e s e  f o u r   th r es h o ld s   ar e   u t ili ze d   au to m a ticall y   u s i n g   t h e  th r esh o ld   al g o r ith m     ac co r d in g   to   th e  lo ad .   I n   th e   h o s t,  th e  p r o ce s s o r   u tili za tio n   r ate  is   les s   t h an   T l  ( U  <T l ) ,   in   h o s ts   w i th   li g h t   lo ad   b et w ee n   T l  an d   T li  ( T l  <U   <T li) ,   in   h o s t s   w it h   m id d le  lo ad   b et w ee n   T li  an d   T m   ( T li  <U   <T m ) ,   at  h ig h   lo ad   b et w ee n   T m   an d   T h   ( T m   <U   <T h ) ,   an d   in   th e  h ea v y   lo ad   th e  p r o ce s s o r   u tili ze s   m o r e  t h an   T h   ( U>   T h ). Vir tu al  m ac h i n e s   ar e  tr an s f er r ed   f r o m   th e   h o s t   w it h   h i g h   lo ad   an d   h ea v y   lo ad     to   th e   h o s ts   w it h   li g h t  lo ad ,  an d   f r o m   h o s ts   w it h   lo w   lo ad   to   th e   h o s ts   w it h   m id d le  lo ad   an d   h o s ts   w it h   lo w   lo ad   go   to   s leep ,   w h i le  t h e  h o s t  co m p u ter   i s   h o s ted   w it h   li g h t  lo ad   an d   h o s t  m id d le  lo ad   r em ain s   u n ch a n g ed .   Fig u r e  1   s h o w s   t h e  f lo w c h a r t  o f   th e  p r o p o s ed   m et h o d .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  8 ,   No .   5 ,  Octo b er   2 0 1 8   :   3 8 90   –   3 9 0 1   3894     Fig u r e   1.   Flo w   c h ar t   o f   th e  P r o p o s ed   Me th o d       4 . 2 .   Ada ptiv e  t hresh o ld a lg o rit hm   ( det ec t ing   o v er hea d ho s t s )   As  d is c u s s ed   in   Sectio n   4 . 1 ,   w h at   ar e  th e   th r e s h o ld   v alu es  o f   T l  ، T li  ، T m   an d   T h ?  T o   s o lv e  th i s   P r o b lem ,   K - Me a n s   A l g o r ith m   - Av er ag e - Me d ian   A b s o l u te  D ev iatio n   i s   p r o p o s ed .     4 . 2 . 1 .   K AM   ( - m ea ns   clu s t er ing   a lg o rit h m - a v er a g e - m edia n a b s o lute   dev ia t io n)   Fo r   th e  u n i v ar iate  d ata  s et  o f   a  v ar iab le  V1 ,   V2 ,   V3 …Vn   ( V   is     C P U  u tili za tio n   o f   a  h o s t  at  ti m e  ,  an d   th e  s ize  o f     ca n   b e  d eter m i n ed   b y   ex p er i m en tal  v al u e) ,   th e  KA M  al g o r ith m   u s es  th e  - m ea n s   clu s ter in g   alg o r ith m   at  f ir s t  f o r   d i v id in g   th e  d ata  s et   ( V1 ,   V2 ,   V3 …Vn )   in to     g r o u p s   ( 1 ,   2 ,   .   .   . ,   )   ( th e  s ize   o f     ca n   b e  d eter m i n ed   b y   ex p er i m en ta l  v al u e,   an d   in   th i s   p ap er ,     =  5 ) ,   w h er e     =  ( − 1 +1 ,   − 1 +2 ,   .   .   . ,   ) ,   f o r   all  1   ≤     ≤   5 ,   an d   0   =  0< 1< 2< ⋅⋅⋅ < 5 =  .   Su b s e q u en tl y ,   K A M   g et s   th e  av er a g e  v al u e  o f   ea c h   g r o u p ,   f o r m al ized   as f o llo w s   [ 2 4 ] :       GAK  =  ( VJ +1 +1 ,   V J +2 +2 …  VJ K)   / ( j k - jk - 1)           ( 7 )     Fo r   all  1   ≤     ≤   5 .   T h en ,   K A M  g ets  th e   Me d ian   A b s o lu te   Dev iatio n   ( M A D)   o f   ( 1 ,   2 … .   5 ) .   T h er ef o r e,   th e  M A D  i s   d ef i n ed   as f o llo ws:     MA D  =  m ed ian   ( | G A P -   m e d ian q   ( GA ) | )             ( 8 )     W h er e  1   ≤     ≤  5   an d   m ed ian     ( )   ar e  t h e  a v er ag e  v al u e  o f   .   Fi n all y ,   th e  f o u r   t h r es h o ld s     (T l  ، T li  ، T m  an d   T h )   in   th e  p r o p o s ed   m e th o d   ca n   b e  d ef i n ed   as   f o llo w s :     T l   =  0 . 5   ( 1   −    ×  MA D)                   ( 9 )     T li   =  0 . 7 ( 1   −    ×  MA D)                   ( 1 0 )     T m   =  0 . 9   ( 1   −    ×  MA D)                   ( 1 1 )     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       E n erg y - A w a r e  A d a p tive  F o u r   Th r esh o ld s   Tech n iq u e  fo r   Op t ima l V ir tu a l Ma ch in e  …  ( A .   R .   Mo h a z a b iyeh )   3895   T h  =   1   −    ×  MA D                 ( 1 2 )     T h at  r   ∈   R   +  r ep r esen t s   a   p ar a m eter   o f   t h e  al g o r ith m   th at   d eter m i n es   h o w   t h e  s y s te m   w il l   co n s o lid ate  t h e  v ir tu a l  m ac h i n e.   Fo r   e x a m p le,   th e   m o r e  r ,   th e  g r ea ter   t h e  e n er g y   co n s u m p tio n ,   b u t  i n   t h e  co n s o lid at io n   o f   th e   v ir tu al   m ac h in e s   w i ll  r e s u lt   i n   le s s   v io latio n s   o f   t h e  s er v ice   le v e l  ag r ee m e n t.  I n   t h e  p r o p o s ed   m o d el,   w e  h a v e  co n s id er ed   ex p er i m e n ts   to   s i m u la te  th e   v alu e   o f   r   to   b e  5 .   T h e  m ea n   ab s o l u te  er r o r   co m p le x it y   i s   t h e  m ea n   a v er ag e  cl u s ter i n g   al g o r ith m   K,     (   ×    ×  ) ,   w h er e  m ,   n ,   a n d   t   ar e  th e  n u m b er   o f   g r o u p s ,   d ata  s ize  an d   t h e  n u m b er   o f   r ep etitio n s ,   r esp ec tiv el y .   T h e  v alu e  o f   ( T l ,   T li ,   T m   an d   T h )   also   v ar ies  ac c o r d in g   to   t h e  co n ti n u o u s   ch an g e  o f     Vi  (   =  1 ,   2 ,   3 . . .   ) , .   A s   a  r es u lt,  t h e  m ea n   a b s o lu te  er r o r   o f   t h e  m ea n   cl u s ter i n g   a lg o r it h m   K  is   a n   ad ap tiv e   f o u r - th r e s h o ld   al g o r ith m .   W h en   t h e  w o r k lo ad s   ar e  d y n a m ic  an d   u n p r ed ictab le,   th e  ab s o lu te  er r o r   o f   th e   m id d le  m ea n   o f   t h e  m ea n   cl u s ter i n g   al g o r ith m   K  cr ea tes  a  h ig h er   en er g y   e f f icien c y   b y   s etti n g   th e  v al u e    (T l , T li ,   T m   an d   T h )   ( in   C o m p ar is o n   w it h   a  f i x ed - th r e s h o ld   alg o r ith m )   [ 7 ] .     4 . 3 .   Virt ua l  m a c hin e  s elec t io n a p pro a ches     As  d escr ib ed   in   th e  p r ev io u s   s ec tio n ,   a  n u m b er   o f   v ir t u al  m a ch in e s   o n   h ig h   lo ad   an d   h ea v y   lo ad   h o s t   s h o u ld   b e  m ig r ated   to   a n o t h er   h o s t   w it h   li g h t  lo ad .   W h ic h   v ir tu al  m ac h i n e  s h o u ld   b e  tr an s f er r ed ?   I n   g en er al ,   th e a m o u n t  o f   h o s t  u s a g e   o f   th e   p r o ce s s o r   an d   t h e   s ize  o f   t h e  m e m o r y   w ill   af f ec t  it s   e n er g y   ef f icien c y ;T h er ef o r e  th e   ap p r o ac h es ( MM T ,   MC)  w ill b e  a d d r ess ed   in   t h is   s ec tio n .     4 . 3 . 1 .   M ini m u m   m ig ra t io n t i m e  ( M M T )     T h e  tr an s itio n   ti m e  o f   a  v ir tu a l  m ac h i n e  w ill  v ar y   ac co r d in g   to   its   d if f er en t  m e m o r y   s ize s .   A   v ir t u al   m e m o r y   d ev ice  w i th   less   m e m o r y   m ea n s   les s   m i g r atio n   ti m e  u n d er   th e  s a m e  s p ar e  n et w o r k   b a n d w id th .   Fo r   ex a m p le,   a  VM   w it h   1 6   GB   m e m o r y   m a y   h av e   a  tr an s f er   t i m e   eq u al   to   1 6   ti m es   th e   d e v ice  w i th   1   GB   o f   m e m o r y .   I t’ s   cr y s ta l  clea r   th a t  s elec ti n g   t h e  VM   w i th   1 6   G B   o f   m e m o r y   o r   t h e  VM   w it h   1   GB   o f   m e m o r y   g r ea tl y   a f f ec t  en er g y   e f f icie n c y   o f   d ata  ce n ter s .   T h er ef o r e,   if   th e  h o s t  h as  a  h ig h   lo ad ,   th is   ap p r o ac h   w ill   s elec t  t h e  v ir t u al   m ac h i n e  w i t h   t h e  least   a m o u n t  o f   m e m o r y   in   co m p ar is o n   w i th   o th er   v ir t u al  tr a n s f er   d e v ices   to   th e  h o s t  f o r   tr an s f er .   T h e  ab o v e  m et h o d   ch o o s es  v ir t u al  d ev ice  u   to   h a v e  th e  f o llo w in g     co n d itio n s   [ 1 7 ] ,  [ 1 9 ] .     R A M  ( )   ≤   R A M  ( v ) ,   ∀  v  ∈   VM               ( 1 3 )     W h er e  VM ,  m ea n s   t h e  s et  o f   VM s   a s s i g n ed   to   h o s t    a n d   R A M ( )   is   th e   a m o u n t o f   m e m o r y   c u r r en t l y   u s ed   b y   th e  VM .     4 . 3 . 2 .   M a x i m u m   c o rr ela t io n ( M C)     T h e  m a x i m u m   co r r elatio n   p r o ce d u r e  is   b ased   o n   th e  p r o p o s ed   id ea   b y   Ver m a.   T h e  id ea   is   th at,   i f   th er e  is   a  h i g h   co r r elatio n   b etw ee n   ap p licatio n s   r u n n in g   o n   a  s er v er ,   it  is   m o r e  lik el y   t h at  th e  o v er lo ad in g   o cc u r s   o n   t h e  s er v er .   B ased   o n   th is   id ea ,   t h o s e  v ir tu al   m ac h in e s   s h o u ld   m i g r ate  t h a t  h a v e  t h e  h i g h est   co r r elatio n   o f   C P U  co n s u m p ti o n   w ith   o t h er   v i r t u al  m ac h i n e s .   So ,   if   a  h o s t  h as  h ea v y   lo ad ,   m ac h i n es  t h at  u s e   th e  m o s t  r eso u r ce s   o n   t h e  h o s t  ( u s e  p r o ce s s o r   r eso u r ce s   a n d   m e m o r y   m o r e  t h an   o t h er s   a n d   k n o w n   as  a  lar g e   v ir tu a l  m ac h i n e)   i s   c h o s e n   f o r   d is p lace m e n t.  T h e  ab o v e  a p p r o ac h   ch o o s es  t h e  v ir tu a l  m ac h in e   VM   u   i f   it   s atis f ies t h e  f o llo w in g   co n d iti o n   [ 1 7 ] ,  [ 1 8 ] .     C P U  ( )   +  R A M  ( )   ≤   C P U  ( v )   +  R A M  ( v ) ,   ∀ v  ∈   VM         ( 1 4 )     W h er e  VM   r ep r esen t s   t h e  s et  o f   v ir tu al   m ac h i n es   as s ig n ed   to   h o s t  i ,   an d   th e  C P U   ( )   a n d   R A M  ( u )   ar e  t h e   a m o u n t o f   m e m o r y   an d   p r o ce s s o r   w h ich   ar e  u s ed   b y   VM   u   c u r r en tl y .     4 . 4 .   VM   deplo y m e nt  a lg o rit h m   ( s o urce   a llo ca t io n a lg o rit h m )     I n   th e  p r o p o s ed   m e th o d   f o r   s elec tin g   t h e  b est  h o s t  f o r   VM   e m b ed d in g ,   w e  u s e  P o w er   Aw ar e  B est   Fit   Dec r ea s i n g   A l g o r ith m   ( P A B FD A ) .   T h e  al g o r ith m ’ s   m eth o d   is   t h at  at  f ir s t,  it  c h ec k s   th e   h o s t s   li s t  a n d   v er if y   w h et h er   a  h o s t  h as  e x t en s i v e  lo ad   u s i n g   th e   ad d iti o n al  lo ad   d etec tio n   alg o r it h m .   T h en ,   i f   th e  h o s t   h a s   an   o v er lo ad ,   t h e  al g o r ith m   ap p lies   t h e  v ir tu a l  m ac h in e   s ele ctio n   p o lic y   to   s e lect  t h e  v ir t u al  m ac h i n es  to   b e   m i g r ated   f r o m   th e  h o s t.  W h en   a  lis t  o f   v ir tu a l  m ac h in e s   th at  ar e  m i g r ated   f r o m   h o s t s   w i th   o v er lo ad   is   b u ilt,   th e  al g o r ith m   f o r   p lacin g   th e   v ir t u al  m ac h in e   w ill   f i n d   a  n e w   lo ca tio n   f o r   v ir t u al  m ac h in e s   t h at  co u ld   b e   m i g r ated   [ 1 9 ] .   T h e  s ec o n d   s tep   o f   th e  al g o r ith m   is   to   f in d   t h e  lo w   lo ad   h o s ts   an d   to   p lace   v ir t u al  m ac h in e s   f r o m   th ese  h o s ts   to   an o th er   h o s t.   T h e  alg o r ith m   r etu r n s   a  m ap   o f   a  co m b in atio n   o f   m i g r ato r y   v ir tu al  m ac h i n es  t h at   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  8 ,   No .   5 ,  Octo b er   2 0 1 8   :   3 8 90   –   3 9 0 1   3896   co n tain s   i n f o r m atio n   ab o u t   t h e  in s er tio n   o f   a  n e w   v ir t u al  m ac h in e   f r o m   th e   v ir tu al   m ac h i n es   th a t  ar e  s elec ted   f o r   m i g r atio n   f r o m   b o th   o v er l o ad   an d   lo w   lo ad   h o s ts .   T h e  c o m p le x it y   o f   th e   alg o r it h m   is   N2 ,   w h er e  N  is   th e   n u m b er   o f   h o s ts .   I n   th is   al g o r it h m ,   in p u t  i s   t h e  h o s t  li s t  a n d   t h e  li s t  o f   v ir t u al  m ac h in e s ,   an d   o u tp u t   is   th e  a ll o ca tio n   o f   v ir tu a l  m ac h i n es.   T h e  p r o ce s s   o f   alg o r it h m   o p er atio n   is   e x p r ess ed   in   s tag e s   as  f o ll o w :   a.   A r r an g e  a  lis t o f   v ir t u al  m ac h i n es  f r o m   v ir tu al  m ac h in e s   to   r ed u ce   th e  p r o ce s s o r   ef f icien c y .   b.   Fo r   ea ch   v ir tu al  m ac h i n e  in   t h e  lis t  o f   v ir t u al  m ac h i n es,  all o ca te  th e  m i n i m u m   p o w er   to   th e  h o s ts   as  t h e   m ax i m u m   p o w er .   c.   Fo r   ea ch   h o s t  in   th e  h o s t  lis t ,   if   th e  h o s t  h a s   s u f f icie n t  r eso u r ce s   f o r   v ir t u al  m ac h i n es,   it  ev alu ates  t h e   p o w er   o f   v ir tu al  m ac h in e s   an d   h o s ts .   I f   th e  p o w er   is   les s   th an   t h e  m i n i m u m   p o w er ,   th e  d ed icate d   h o s t  is   th e  cu r r en t h o s t a n d   th e  p o w er   o f   th e  v ir tu al  m ac h in e s   an d   t h e  h o s t is lo w .   d.   I f   th e  d ed icate d   h o s t is  n o t e m p ty ,   t h e n   th e  v ir t u al  m ac h i n e  w il l b e  ass i g n ed   to   an o t h er   d ev ice  [ 1 8 ] ,  [ 2 0 ] .       5.   E XP E R I M E NT S AN D  P E R F O RM ANCE E VALUA T I O N   5 . 1 .   E x peri m e nt  s et up   I n   th i s   r esear ch ,   t h e  C lo u d S i m   s i m u lato r   h as  b ee n   u s ed   t o   s i m u late  alg o r it h m s ,   an d   t h e  s ce n ar io   p r esen ted   in   [ 4 5 ]   is   u s ed   to   s i m u late  al g o r ith m s .   I n     th i s   r esear ch ,   th r ee   co m m o n l y   u s ed   m et h o d s   n a m el y   MA D,   I QR ,   3 th ,   ar e   s i m u late d   f o r   t h e  " W h en   is   m ig r atio n   ti m e"   is s u e  a n d   t h e  t h r ee   w i d ely   u s ed   m et h o d s   n a m e l y   M MT ,   R S,  an d   MC  ar e  s i m u l ated   f o r   th e  " W h ic h   v i r tu al  m ac h i n e  to   b e  s elec ted   f o r   m i g r atio n "   is s u e   an d     is   co m p ar ed   in   s e v er al  s c en ar io s .     5 . 2 .   Si m ula t ed  s ce na rio   pro f ile   I n   th i s   s ce n ar io ,   a  d ata  ce n ter   i s   s i m u lated   b y   8 0 0   h eter o g en e o u s   p h y s ica l  n o d es.  T h e  p h y s i ca l  n o d es   u s ed   i n   t h i s   s i m u la tio n   ar e  m ad e  u p   o f   s er v er s   f r o m   th e   HP   P r o L ian t  M L 1 1 0   G4   an d   th e  HP   P r o L ian t   ML 1 1 0 G5   s er v er s .   T h e  HP   Pr o L ian t M L 1 1 0   G4   s er v er s   ar e  p o w er ed   b y   1 8 6 0   MI P S ( Milli o n s   o f   I n s tr u ct io n s     P er   Seco n d )   an d   HP   P r o L ian t  ML 1 1 0 G5   s er v er s   u s e  2 6 6 0   MI P S.  B o th   m o d e ls   h a v e  1   G B / s   b an d w id t h .   E ac h   n o d e  h as  8   GB   o f   m e m o r y   an d   o n e  ter ab y te  o f   s to r ag e  s p ac e.   T h e  en er g y   co n s u m p tio n   o f   a  p h y s ical  h o s t  i s   f r o m   1 7 5   w at ts   w i th   ze r o   p er ce n t  o f   p r o ce s s o r   u s a g e  u p   t o   2 5 0   w att s   w it h   1 0 0   p er ce n t  C P U  u s a g e.   E ac h   v ir tu a l  m ac h i n e  n ee d s   a  p r o ce s s o r   co r e  w i th   2 5 0 0 ,   2 0 0 0 ,   1 0 0 0 ,   o r   5 0 0   m ill io n   o r d er s   p er   s ec o n d ,   1 2 8   MB   o f   R A M  a n d   1   GB   o f   s to r ag e  s p ac e.   T h e  u s er   r ec o r d s   r eq u e s t  f o r   th e   s u p p l y   o f   1 1 9 5   h et er o g en eo u s   v ir tu al   m ac h in e s   t h at  s i m u la tes  t h e  to tal  d ata  ce n ter   ca p ac it y .   E ac h   o f   th e   t est s   i s   e x ec u ted   1 0   ti m es,  an d   t h e  c u r r en t   r esu lt s   w er e  b ased   o n   av er ag e  v alu e s .   T ab le  2   s h o w s   t h e  ch ar ac ter is tics   o f   t h e  s er v er s   u s ed   i n   th e  e x p er i m e n t .       T ab le  2 .   T h e  C h ar ac te r is tics   o f   th e  Ser v er s   u s ed   in   t h e  E x p er i m e n t   S e r v e r   C P U   R A M   BW   HDD   VM   PM   H P   P r o L i a n t   G 4   1 8 6 0   M I P S   8 GB   1 G B / P S   1 TB   1 1 9 5   8 0 0   H P   P r o L i a n t   G 5   2 6 6 0 M I P S   8 GB   1 G B / P S   1 TB   1 1 9 5   8 0 0       I n   th is   s ec tio n ,   w e  w ill   s i m u late  t h e  p r o p o s ed   alg o r ith m . at  f ir s t,  w e  d escr ib e  t h e  d et ails   o f   th e   p r o ce d u r e  an d   in tr o d u ce   t h e  s o f t w ar e  u s ed   f o r   s i m u la tio n ,   t h en   w e  w il l  e x a m in e  th e  d ata   an d   h o w   to   s i m u late   an d   in tr o d u ce   t h e  d ata  s et.   I n   th e  en d ,   th e  p r o p o s ed   m et h o d   is   co m p ar ed   w ith   r elate d   wo r k   an d   ev al u atio n s   ar e  ca r r ied   o u t  an d   th e  r esu lt s   ar e  d is cu s s ed .   Si m u lato r   s o f t w ar e  p r o v id es  a n   o p p o r tu n it y   f o r   r esear ch er s   to   test   t h eir   id ea s .   I t  al s o   s p ee d s   u p   test s   an d   r ed u ce s   co s t s .   He r e  w e  u s e  th e  s i m u latio n   al g o r ith m   to   m o d el  t h e  clo u d   an d   i m p le m e n t  th e   p r o p o s ed   alg o r ith m .   I n   th e   f o llo w i n g   ch ap ter ,   w e  d escr ib e  h o w   t o   s i m u la te.   B ec au s e   o f   t h e  b en e f it s   o f   t h e  C lo u d Si m   to o l  s u c h   a s   s u p p o r tin g   t h e   D y n a m ic  So u r ce   R eq u est   an d   Mo d elin g   Vir tu a l   en v ir o n m e n t s   r u les,  w e  c h o s e  it a s   th e  s i m u lat io n   to o l f o r   o u r   ex p er i m en t s .     5 . 3 .   Si m ula t io n a nd   a na ly s i s   re s u lt s   5 . 3 . 1 .   Chec k   ener g y   co ns u m p t io n   T ab le   3   s h o w s   t h e  en er g y   co n s u m p t io n   in   d i f f er en t  al g o r ith m s .   T o   en s u r e  th at  t h e  r esu lt s   f r o m   t h e   i m p r o v e m en t  o f   t h e  p r o p o s ed   m et h o d   ar e  n o t  ac cid en tal,   w e  test ed   th e  alg o r it h m   in   ten   r o u n d s   o f   i m p le m en ta tio n .   T h e  a v er ag e  ex ec u t io n   o f   te n   r o u n d s   i n   t h e   last   t w o   lin e s   i s   s h o w n   in   K W /h   an d   W / H  u n its .   As  it  ca n   b e  s ee n ,   t h e  p r o p o s ed   alg o r ith m   h a s   th e  lo w e s t  a v er ag e  ex ec u tio n   r ate  o f   3 9 3   w atts   p er   h o u r ,   w h ich   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       E n erg y - A w a r e  A d a p tive  F o u r   Th r esh o ld s   Tech n iq u e  fo r   Op t ima l V ir tu a l Ma ch in e  …  ( A .   R .   Mo h a z a b iyeh )   3897   in d icate s   an   i m p r o v e m e n t  i n   en er g y   co n s u m p t io n   in   co m p ar is o n   w it h   th e  th r ee - t h r es h o ld   alg o r ith m   w h ich   it s   av er ag e  e x ec u t io n   r ate  is   4 8 5   w att s   p er   h o u r .       T ab le  3 .   T h e  E n er g y   C o n s u m p tio n   in   t h e  P r o p o s ed   Me th o d   an d   o th er   Alg o r it h m s   i m p le m en ted   in   te n   ti m es     R o u n d   1   R o u n d   2   R o u n d   3   R o u n d   4   R o u n d   5   R o u n d   6   R o u n d   7   R o u n d   8   R o u n d   9   R o u n d   10   A v g   ( K w / H )   W / H   P r o p o se d   0 . 5   0 . 0 1   0 . 5 3   0 . 6 6   0 . 6 1   0 . 0 5   0 . 1 2   0 . 5 5   0 . 3 3   0 . 5 7   0 . 3 9 3   3 9 3   I Q R / M M T   0 . 4 3   0 . 4 3   0 . 4 4   0 . 4 4   0 . 4 1   0 . 6 5   0 . 1 5   0 . 5 3   0 . 6 6   0 . 5 8   0 . 4 7 2   4 7 2   I Q R / M C   0 . 5 6   0 . 3 4   0 . 5 5   0 . 1 8   0 . 5 4   0 . 3   0 . 6 4   0 . 5 9   0 . 2 9   0 . 3 2   0 . 4 3 1   4 3 1   I Q R / R S   0 . 4 2   0 . 4 5   0 . 4 4   0 . 4 2   0 . 4 3   0 . 6 5   0 . 6 6   0 . 5 5   0 . 4 2   0 . 3 4   0 . 4 7 8   4 7 8   M A D / M M T   0 . 4 4   0 . 3 9   0 . 4 1   0 . 4   0 . 4 5   0 . 3 6   0 . 3 9   0 . 6 2   0 . 5 3   0 . 3   0 . 4 2 9   4 2 9   M A D / M C   0 . 5 7   0 . 3 4   0 . 3 4   0 . 4 5   0 . 2 8   0 . 1 3   0 . 6   0 . 5 8   0 . 6 1   0 . 1 6   0 . 4 0 6   4 0 6   M A D / R S   0 . 4 2   0 . 4   0 . 4 3   0 . 4 4   0 . 4 5   0 . 4 5   0 . 2 8   0 . 4 7   0 . 5 2   0 . 5 5   0 . 4 4 1   4 4 1   3 t h / R S   0 . 5 7   0 . 5 4   0 . 3 6   0 . 6   0 . 2   0 . 6 9   0 . 0 7   0 . 6 6   0 . 4 6   0 . 5 5   0 . 4 7   4 7 0   3 t h / m c   0 . 6 7   0 . 4   0 . 5 4   0 . 6 4   0 . 6 7   0 . 4 3   0 . 5 6   0 . 3 9   0 . 4   0 . 1 5   0 . 4 8 5   4 8 5       I n   Fi g u r e  1 ,   e n er g y   co n s u m p t io n   h a s   b ee n   s h o w n   b y   v ar io u s   alg o r it h m s .   As  s h o w n   in   th e   d iag r a m ,   th e  p r o p o s ed   m et h o d   h as  th e   lo w es t  en er g y   co n s u m p t io n   o f   3 9 3   w atts   p er   h o u r .   T h e  MA D  m et h o d   as  a n   o v er h ea d   d iag n o s tic  al g o r ith m   an d   MC  al g o r ith m   ar e  r an k ed   s ec o n d   w it h   4 0 6   w atts   p er   h o u r s .   T h e  p r o p o s ed   alg o r ith m   h a s   b ee n   o p er atin g   ar o u n d   3 . 5 %  b etter   th an   th e  MA D /MC  m et h o d ,   w h ic h   w o r k s   b etter   th an   o t h er   alg o r ith m s   a n d   s a v es e n er g y .           Fig u r e  1 .   Av er ag e  E n er g y   co n s u m p tio n   i n   d if f er en t a lg o r it h m s           Fig u r e  2.   C o m p ar is o n   o f   p er f o r m an ce   o f   p r o p o s ed   alg o r ith m   an d   th r ee   th r es h o ld s   f o r   en er g y   co n s u m p tio n   i n   ten   r u n s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  8 ,   No .   5 ,  Octo b er   2 0 1 8   :   3 8 90   –   3 9 0 1   3898   As  s h o w n   i n   T ab le  4 ,   th e  p r o p o s ed   alg o r ith m   h a s   an   a v e r ag e  o f   9 6 . 8 %  en er g y   co n s u m p tio n   a n d   ar o u n d   3 . 5 %  p er f o r m a n ce   i m p r o v e m e n t   in   co m p ar is o n   w ith   t h e  M A D /MC     m et h o d ;  8 1 %  en er g y   co n s u m p tio n   an d   1 9 %  p er f o r m an ce   i m p r o v e m e n t  i n   co m p ar is o n   w it h   3 t h / m c   th r ee - w a y   alg o r ith m ;  8 3 . 6 %  en er g y   co n s u m p tio n   a n d   1 6 . 4 % p er f o r m an ce   i m p r o v e m en t i n   co m p ar is o n   w i th   3 r d /R S.       T ab le  4 .   C o m p ar is o n   o f   th e  E n er g y   C o n s u m p tio n   I m p r o v e m en t o f   t h e  P r o p o s ed   A lg o r it h m   w it h   o th er   test ed   A l g o r ith m s   P r o p o se d   En e r g y   C o n su mp t i o n   P r o p o se d   / a l g o r i t h ms   U t i l i z a t i o n   P r o p o se d   / a l g o r i t h ms   I Q R / M M T   %8 3 . 3   %1 6 . 7   I Q R / M C   %9 1 . 2   %8 . 8   I Q R / R S   %8 2 . 2   %1 7 . 8   M A D / M M T   %9 1 . 6   %8 . 4   M A D / M C   %9 6 . 8   %3 . 2   M A D / R S   %8 9 . 1   %1 0 . 9   3 t h / R S   %8 3 . 6   %1 6 . 4   3 t h / m c   %8 1   %1 9           Fig u r e  3.   C o m p ar is o n   o f   t h e  e n er g y   ef f icie n c y   i m p r o v e m e n t   o f   th e  p r o p o s ed   alg o r ith m   w it h   o th er   test ed   alg o r ith m s       5 . 3 . 2 .   I nv estic a t ing   SL A  v io la t io n   T ab le  5   s h o w s   t h e  d eg r ee   o f   SLA  v io latio n s   ( s er v ice - le v el - ag r ee m e n t)   i n   d i f f er en t   alg o r i th m s .   T h e   p r o p o s ed   alg o r ith m   w it h   an   a v er ag e  o f   3 . 4 6 6   in   tn e  r u n s   h as  th e  lea s t  v io latio n   in   co m p ar is o n   w it h   o th er   alg o r ith m s ,   a n d   th e   M A D  /  MM T   alg o r ith m   w i th   a  m ea n   o f   5 . 4 5 5   h as  th e  h ig h e s t  v io latio n .   T h e  p r o p o s ed   alg o r ith m   i m p r o v ed   th e  p er f o r m a n ce   w it h   a n   av er ag e  o f   4 . 9 0 2   in   co m p ar is o n   w it h   t h e  th r ee - t h r es h o ld   alg o r ith m .       T ab le  5 .   SL A   V io latio n     R o u n d 1   R o u n d 2   R o u n d 3   R o u n d 4   R o u n d 5   R o u n d 6   R o u n d 7   R o u n d 8   R o u n d 9   R o u n d   10   A V G   P r o p o se d   5 . 6 1   0   5 . 1 3   1 . 5 4   2 . 4 9   3 . 3 6   3 . 4   4 . 3 5   4 . 9 9   3 . 7 9   3 . 4 6 6   I Q R / M M T   5 . 5 1   6 . 1 6   5 . 6 3   4 . 0 1   7 . 3 7   1 . 3 1   6 . 3 4   4 . 3 1   1 . 9 6   3 . 5 8   4 . 6 1 8   I Q R / M C   3 . 8 8   4 . 8 8   3 . 6 6   4 . 2 3   3 . 3 6   5 . 2 4   2 . 3 4   2 . 7 9   3 . 3 7   5 . 7 7   3 . 9 5 2   I Q R / R S   6 . 3 2   4 . 5 5   5 . 2 5   6 . 6 2   6 . 6 7   2 . 0 5   1 . 3 8   3 . 4 5   5 . 1 9   5 . 5 1   4 . 6 9 9   M A D / M M T   5 . 3 6   7 . 1 1   6 . 4 6   7 . 5 7   4 . 3 9   6 . 2 1   5 . 3 9   2 . 3 8   4 . 2 9   5 . 3 9   5 . 4 5 5   M A D / M C   2 . 8   5 . 7 2   5 . 6 1   5 . 0 6   5 . 6 5   6 . 3 3   3 . 1 4   2 . 8   6 . 8 4   5 . 5 2   4 . 9 4 7   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       E n erg y - A w a r e  A d a p tive  F o u r   Th r esh o ld s   Tech n iq u e  fo r   Op t ima l V ir tu a l Ma ch in e  …  ( A .   R .   Mo h a z a b iyeh )   3899     R o u n d 1   R o u n d 2   R o u n d 3   R o u n d 4   R o u n d 5   R o u n d 6   R o u n d 7   R o u n d 8   R o u n d 9   R o u n d   10   A V G   M A D / R S   7 . 5 2   7 . 3   5 . 6 2   5 . 0 8   5 . 3 3   4 . 8 9   6 . 2 5   4 . 4 7   4 . 2 3   3 . 4 7   5 . 4 1 6   3 t h / R S   4   4 . 8 8   7 . 2 7   3 . 5 6   7 . 5 3   1 . 2 9   8 . 1 4   1 . 7 6   5 . 8 7   4 . 8   4 . 9 1   3 t h / m c   1 . 7   6 . 5 7   4 . 6   2 . 7 6   1 . 9 6   6 . 1 7   4 . 2 4   6 . 4 2   6 . 2 5   8 . 3 5   4 . 9 0 2       Fig u r e  4   d is p la y   t h e  e x te n t   o f   th e  v io latio n   o f   t h e  s er v ice  lev el  ag r ee m en t.  A s   o u t lin ed   in   t h is   f ig u r e,   th e  p r o p o s ed   m et h o d   h as t h e  l o w est le v el  o f   S L A   b r ea ch .         Fig u r e  4 .   Av er ag e  S L A   Vio lat io n       Fig u r e  5   s h o w es  th e  r ate   o f   c h an g es   o f   th e  p r o p o s ed   alg o r i th m   i n   S L A  Vio latio n s   i n   te n   r u n s .   I t ’ s   cr y s tall  c lear th at  i t  h a s   t h e  lea s t  ch a n g e  o f   s er v ice  v io latio n s   in   co m p ar is o n   w it h   o t h er   alg o r ith m s .   A s   w e  ca n   s ee   th e  Fi g u r e  6 ,   th e  th r ee - th r e s h o ld   alg o r it h m   h as t h e  m o s t c h an g es o f   th e  s er v ice  v io latio n .           Fig u r e  5 .   T h e  am o u n t o f   t h e  p r o p o s ed   alg o r ith m   ch an g es i n   S L A   V io latio n   i n   t en   r u n s     Fig u r e  6 .   C o m p ar is o n   o f   t h e  p er f o r m an ce   o f   th e  p r o p o s ed   alg o r ith m   a n d   th e  t h r ee   – th r esh o ld s   alg o r ith m   f o r   SLA   V io latio n       As  s h o w n   in   T ab le  6 ,   th e  p r o p o s ed   alg o r ith m   in   co m p ar is o n   w ith   t h e  I QR   /  MC  m et h o d   h ad   8 7 . 7 %   o f   t h e  S L A  Vio latio n   ,   w h ic h   o p er ated   ab o u t  0 . 4 9 %  i m p r o v e m e n t  i n   p er f o r m an ce   an d   1 2 . 3 %    o f   o p ti m al   p er f o r m a n ce ,   r esp ec ti v el y ,   with   r esp ec t  to   th e   th r ee - t h r esh o ld s   al g o r ith m s   3 th / m c,   7 0 . 7 %  v io latio n s   o f   ag r ee m e n t  a n d   2 9 . 3 %  i m p r o v e m en t  i n   p er f o r m a n ce   a n d   3 t h /R S,  7 0 . 6 %  v io latio n s   o f   a g r ee m en t   an d   2 9 . 4 %  i m p r o v e m en t i n   p er f o r m a n ce .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.