I n t e r n a t i o n a l   J o u r n a l   o f   E l e c t r i c a l   a n d   C o m p u t e r   E n g i n e e r i n g   ( I J E C E )   V o l .   9 ,   N o .   1 ,   F e b r u a r y   2 0 1 9 ,   p p .   5 4 6 ~ 5 5 3   I S S N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8 ,   D O I :   1 0 . 1 1 5 9 1 / i j e c e . v 9 i 1 . p p 5 4 6 - 5 5 3             5 4 6       J o u r n a l   h o m e p a g e :   h t t p : / / i a e s c o r e . c o m / j o u r n a l s / i n d e x . p h p / I J E C E   E n e r g y   e f f i c i e n c y   i n   v i r t u a l   m a c h i n e s   a l l o c a t i o n   f o r   c l o u d   d a t a   c e n t e r s   w i t h   l o t t e r y   a l g o r i t h m       M e h r a n   T a r a h o m i 1 ,   M o h a m m a d   I z a d i 2   1 K i s h   I n t e r n a t i o n a l   C a m p u s ,   S h a r i f   U n i v e r s i t y   o f   T e c h n o l o g y ,   I r a n   2 D e p a r t m e n t   o f   C o m p u t e r   E n g i n e e r i n g ,   S h a r i f   U n i v e r s i t y   o f   T e c h n o l o g y ,   I r a n       A r t i c l e   I n f o     A B S T R A C T     A r t i c l e   h i s t o r y :   R e c e i v e d   A u g   3 ,   2 0 1 8   R e v i s e d   A u g   3 0 ,   2 0 1 8   A c c e p t e d   S e p   1 6 ,   2 0 1 8     E n e r g y   u s a g e   o f   d a t a   c e n t e r s   i s   a   c h a l l e n g i n g   a n d   c o m p l e x   i s s u e   b e c a u s e   c o m p u t i n g   a p p l i c a t i o n s   a n d   d a t a   a r e   g r o w i n g   s o   q u i c k l y   t h a t   i n c r e a s i n g l y   l a r g e r   s e r v e r s   a n d   d i s k s   a r e   n e e d e d   t o   p r o c e s s   t h e m   f a s t   e n o u g h   w i t h i n   t h e   r e q u i r e d   t i m e   p e r i o d .   I n   t h e   p a s t   f e w   y e a r s ,   m a n y   a p p r o a c h e s   t o   v i r t u a l   m a c h i n e   p l a c e m e n t   h a v e   b e e n   p r o p o s e d .   T h i s   s t u d y   p r o p o s e s   a   n e w   a p p r o a c h   f o r   v i r t u a l   m a c h i n e   a l l o c a t i o n   t o   p h y s i c a l   h o s t s .   E i t h e r   m i n i m i z e s   t h e   p h y s i c a l   h o s t s   a n d   a v o i d s   t h e   S L A   v i o l a t i o n .   T h e   p r o p o s e d   m e t h o d   i n   c o m p a r i s o n   t o   t h e   o t h e r   a l g o r i t h m s   a c h i e v e s   b e t t e r   r e s u l t s .   K e y w o r d s :   C l o u d   d a t a   c e n t e r s   E n e r g y   V i r t u a l   m a c h i n s   C o p y r i g h t   ©   2 0 1 9   I n s t i t u t e   o f   A d v a n c e d   E n g i n e e r i n g   a n d   S c i e n c e .     A l l   r i g h t s   r e s e r v e d .   C o r r e s p o n d i n g   A u t h o r :   M e h r a n   T a r a h o m i ,     K i s h   I n t e r n a t i o n a l   C a m p u s ,   S h a r i f   U n i v e r s i t y   o f   T e c h n o l o g y ,   T e h r a n ,   I r a n .   E m a i l :   t a r a h o m i @ c e . s h a r i f . e d u           1 .   I N T R O D U C T I O N     A   c l o u d   i s   a   t y p e   o f   p a r a l l e l   a n d   d i s t r i b u t e d   s y s t e m   c o n s i s t i n g   o f   a   c o l l e c t i o n   o f   i n t e r c o n n e c t e d   a n d   v i r t u a l i z e d   c o m p u t e r s   t h a t   a r e   d y n a m i c a l l y   p r o v i s i o n e d   a n d   p r e s e n t e d   a s   o n e   o r   m o r e   u n i f i e d   c o m p u t i n g   r e s o u r c e s   b a s e d   o n   s e r v i c e - l e v e l   a g r e e m e n t s   e s t a b l i s h e d   t h r o u g h   n e g o t i a t i o n   b e t w e e n   t h e   s e r v i c e   p r o v i d e r   a n d   c o n s u m e r s   [ 1 ] .   L o w e r i n g   t h e   e n e r g y   u s a g e   o f   d a t a   c e n t e r s   i s   a   c h a l l e n g i n g   a n d   c o m p l e x   i s s u e   b e c a u s e   c o m p u t i n g   a p p l i c a t i o n s   a n d   d a t a   a r e   g r o w i n g   s o   q u i c k l y   t h a t   i n c r e a s i n g l y   l a r g e r   s e r v e r s   a n d   d i s k s   a r e   n e e d e d   t o   p r o c e s s   t h e m   f a s t   e n o u g h   w i t h i n   t h e   r e q u i r e d   t i m e   p e r i o d .   G r e e n   C l o u d   c o m p u t i n g   i s   e n v i s i o n e d   t o   a c h i e v e   n o t   o n l y   t h e   e f f i c i e n t   p r o c e s s i n g   a n d   u t i l i z a t i o n   o f   a   c o m p u t i n g   i n f r a s t r u c t u r e ,   b u t   a l s o   t o   m i n i m i z e   e n e r g y   c o n s u m p t i o n   [ 2 ] .   I m p r o v i n g     e n e r g y     e f f i c i e n c y     h a s     b e c o m e     i n c r e a s i n g l y   i m p o r t a n t     i n     d a t a     c e n t e r s     i n   r e c e n t     y e a r s     t o   c u t   d o w n   t h e   t r e m e n d o u s     a m o u n t s     o f     e l e c t r i c i t y     c o n s u m p t i o n .   T h e   p o w e r   d i s s i p a t i o n   o f   t h e   p h y s i c a l   s e r v e r s   i s   t h e   r o o t   c a u s e   o f   p o w e r   u s a g e   o f   o t h e r   s y s t e m s ,   s u c h   a s   t h e   c o o l i n g     s y s t e m s   [ 3 ] .   C u r r e n t l y ,   r e s o u r c e   a l l o c a t i o n   i n   a   C l o u d   d a t a   c e n t e r   a i m s   t o   p r o v i d e   h i g h   p e r f o r m a n c e   w h i l e   m e e t i n g   S L A s ,   w i t h o u t   f o c u s i n g   o n   a l l o c a t i n g   V M s   t o   m i n i m i z e   e n e r g y   c o n s u m p t i o n .   T o   e x p l o r e   b o t h   p e r f o r m a n c e   a n d   e n e r g y   e f f i c i e n c y ,   t h r e e   c r u c i a l   i s s u e s   m u s t   b e   a d d r e s s e d .   F i r s t ,   e x c e s s i v e   p o w e r   c y c l i n g   o f   a   s e r v e r   c o u l d   r e d u c e   i t s   r e l i a b i l i t y .   S e c o n d ,   t u r n i n g   r e s o u r c e s   o f f   i n   a   d y n a m i c   e n v i r o n m e n t   i s   r i s k y   f r o m   t h e   Q o S   p e r s p e c t i v e .   D u e   t o   t h e   v a r i a b i l i t y   o f   t h e   w o r k l o a d   a n d   a g g r e s s i v e   c o n s o l i d a t i o n ,   s o m e   V M s   m a y   n o t   o b t a i n   r e q u i r e d   r e s o u r c e s   u n d e r   p e a k   l o a d ,   a n d   f a i l   t o   m e e t   t h e   d e s i r e d   Q o S .   T h i r d ,   e n s u r i n g   S L A s   b r i n g s   c h a l l e n g e s   t o   a c c u r a t e   a p p l i c a t i o n   p e r f o r m a n c e   m a n a g e m e n t   i n   v i r t u a l i z e d   e n v i r o n m e n t s .   A l l   t h e s e   i s s u e s   r e q u i r e   e f f e c t i v e   c o n s o l i d a t i o n   p o l i c i e s   t h a t   c a n   m i n i m i z e   e n e r g y   c o n s u m p t i o n   w i t h o u t   c o m p r o m i s i n g   t h e   u s e r - s p e c i f i e d   Q o S   r e q u i r e m e n t s   [ 4 ] .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t   J   E l e c   &   C o m p   E n g     I S S N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8     E n e r g y   e f f i c i e n c y   i n   v i r t u a l   m a c h i n e s   a l l o c a t i o n   f o r   c l o u d   d a t a   c e n t e r s   w i t h   l o t t e r y     ( M e h r a n   T a r a h o m i )   5 4 7 T o   f i n e   t h e   s o l u t i o n   t o   t h e   v i r t u a l   m a c h i n e   a l l o c a t i o n   t o   p h y s i c a l   h o s t ,   t h r e e   s u b - i s s u e   s h o u l d   b e   a d d r e s s e d .   T h e   [ 5 ]   s t u d y   h a s   d i v i d e d   t h e   m a i n   c h a l l e n g e s   o f   t h i s   p r o b l e m   t o   t h r e e   s u b - i s s u e s .   a .   W h e n   a   v i r t u a l   m a c h i n e   s h o u l d   b e   m i g r a t e d ?   T h e r e   a r e   t w o   c o n d i t i o n s   t o   m i g r a t i o n .   W h e n   a   p h y s i c a l   h o s t   i s   o v e r - l o a d e d   o r   u n d e r - l o a d e d .   F o r   t h i s   p u r p o s e ,   v a r i o u s   a l g o r i t h m s   h a v e   b e e n   i n t r o d u c e d .   b .   W h i c h   v i r t u a l   m a c h i n e   s h o u l d   b e   m i g r a t e d ?   W h e n   o n e   p h y s i c a l   h o s t   i s   u n d e r - l o a d e d ,   s o m e   o f   i t s   v i r t u a l   m a c h i n e d   s h o u l d   b e   s e l e c t e d   f o r   m i g r a t i o n .     c .   W h e r e   v i r t u a l   m a c h i n e   s h o u l d   b e   m i g r a t e d ?   T h e   d e s t i n a t i o n   s h o u l d   b e   c h o s e n   f o r   s e c o n d s   v i r t u a l   m a c h i n e s .   T h e   v i r t u a l   m a c h i n e   a l l o c a t i o n   t o   p h y s i c a l   h o s t s   o r   t h e   t h i r d   p r o b l e m   i s   s i m i l a r   t o   c l a s s i c   b i n   p a c k i n g   t h a t   i s   a   N P - h a r d   p r o b l e m .   H e u r i s t i c   a l g o r i t h m s   a r e   o n e   o f   t h e   f i r s t   m e t h o d s   t h a t   a t t e m p t   t o   m i n i m i z e   t h e   e n e r g y   c o n s u m p t i o n .   O n e   o f   t h i s   a l g o r i t h m s   m a j o r   p r o b l e m   i s   t h e i r   t i m e   a n d   a r e   n o t   s u i t a b l e   f o r   b i g   p r o b l e m s ,   b e c a u s e   o f   t h e i r   n a t u r e   t h e s e   a l g o r i t h m s   a r e   n o t   a b l e   t o   s e a r c h   e x t e n d a b l e   s p a c e .   O n e   o f   t h e   o t h e r   m e t h o d s   f o r   m i n i m i z i n g   t h e   e n e r g y   c o n s u m p t i o n   i n   d a t a   c e n t e r s   i s   u s i n g   e v o l u t i o n a r y   a l g o r i t h m s .   E v o l u t i o n a r y   a l g o r i t h m s   c a n   s e a r c h   b e t t e r   t h e   p r o b l e m   s p a c e   s o   t h a t   e n s u r e s   Q o S   a n d   a l s o   r e d u c e s   t h e   e n e r g y   c o n s u m p t i o n .   I n   t h i s   p a p e r   n e w   a p p r o a c h   b a s e d   o n   l o t t e r y   a l g o r i t h m   i s   p r o p o s e d   f o r   v i r t u a l   m a c h i n e   a l l o c a t i o n   t o   p h y s i c a l   h o s t s .     T h e   r e s u l t s   s h o w   d e c r e a s i n g   3 1 . 2 5   p e r c e n t   i n   e n e r g y   c o n s u m p t i o n   i n   c o m p a r i s o n   t o   P S O   a n d   g e n e t i c   a l g o r i t h m s .   T h e   p u r p o s e   o f   t h i s   s t u d y   i s   a c h i e v i n g   a   p a t t e r n   f o r   v i r t u a l   m a c h i n e   a l l o c a t i o n   t o   p h y s i c a l   h o s t s   b y   l o t t e r y   a l g o r i t h m .   I n   o t h e r   w o r d s   a   n e w   a p p r o a c h   f o r   s o l v i n g   t h e   t h i r d - i s s u e   h a s   b e e n   p r o p o s e d   i n   t h i s   p a p e r   t o   m i n i m i z e   t h e   s w i t c h   o n   p h y s i c a l   h o s t s   a n d   m i n i m i z e   t h e   e n e r g y   c o n s u m p t i o n .   I n   t h e   n e x t   s e c t i o n   t h e   r e l a t e d   w o r k s   h a s   r e v i e w e d ,   t h e   t h i r d   s e c t i o n   d e s c r i b e s   t h e   p r o b l e m   i n   d e t a i l .   T h e   p r o p o s e d   a l g o r i t h m s   i s   p r o p o s e d   i n   t h e   f o u r   s e c t i o n .   T h e   e v a l u a t i o n   p a r a m e t e r s   a n d   s i m u l a t i o n   a n d   t h e   s e t t i n g   f o r   s i m u l a t i o n   i s   d e s c r i b e d   i n   s e c t i o n   5 .   T h e   a n a l y z i n g   t h e   p e r f o r m a n c e   o f   p r o p o s e d   a l g o r i t h m   i s   d e s c r i b e d   i n   s e c t i o n   6 ,   s e c t i o n   7   i s   c o n c l u s i o n   o f   t h i s   s t u d y .       2 .   T H E   R E L A T E D   W O R K S   T h e   a l l o c a t i o n   o f   v i r t u a l   m a c h i n e s   t o   p h y s i c a l   h o s t s   p r o b l e m   i s   d i v i d e d   t o   t h r e e   s u b - i s s u e s .   T h i s   s e c t i o n   d i s c u s s   a b o u t   t h e   p r e v i o u s   w o r k s   f o r   e a c h   s u b - i s s u e s .     2 . 1 .     W h e n   a   v i r t u a l   m a c h i n e   s h o u l d   m i g r a t e ?   T h e   f i r s t   i s s u e   i s   r e l a t e d   t o   t h e   m i g r a t i o n   t i m e   o f   v i r t u a l   m a c h i n e   t o   p h y s i c a l   h o s t .   T h e r e   a r e   t w o   c o n d i t i o n s   f o r   t h i s   p l a c e m e n t .   T h e   f i r s t   c o n d i t i o n   i s   w h e n   t h e   p h y s i c a l   h o s t   i s   o v e r - l o a d e d .   I n   o t h e r   w o r d s   w h e n   t h e   l o a d   o f   p h y s i c a l   h o s t   e x c e e d s   t h e   d e t e r m i n e d   t h r e s h o l d ,   t o   a v o i d   t h e   r i s k   o f   S L A s   v i o l a t i o n   b e c a u s e   o f   l a k e   o f   p h y s i c a l   h o s t s   r e s o u r c e s ,   t h e   v i r t u a l   m a c h i n e   s h o u l d   m i g r a t e   t o   o t h e r   p h y s i c a l   h o s t .   T h e   s e c o n d   c o n d i t i o n   i s   f o r   m i g r a t i n g   t h e   v i r t u a l   m a c h i n e   i s   w h e n   a   p h y s i c a l   h o s t   i s   u n d e r - l o a d e d .   W h e n   a   l o a d   o f   v i r t u a l   m a c h i n e   d e c r e a s e s   i t s   t o t a l   p r o c e s s i n g   i s   m o v e d   t o   o n e   s w i t c h e d   o n   p h y s i c a l   h o s t s   a n d   s w i t c h   i t   o f f .   E x i s t i n g   a l g o r i t h m s   f o r   d e t e c t i n g   o v e r - l o a d   p h y s i c a l   h o s t   a r e   a s   f o l l o w s :     2 . 1 . 1 .   L o c a l   r e g r e s s i o n   a l g o r i t h m     T h e   n e x t   h e u r i s t i c   i s   b a s e d   o n   t h e   L o e s s   m e t h o d   ( f r o m   t h e   G e r m a n   l ¨ o s s s h o r t   f o r   l o c a l   r e g r e s s i o n )   p r o p o s e d   b y   C l e v e l a n d   [ 6 ] .   T h e   m a i n   i d e a   o f   t h e   l o c a l   r e g r e s s i o n   m e t h o d   i s   f i t t i n g   s i m p l e   m o d e l s   t o   l o c a l i z e d   s u b s e t s   o f   d a t a   t o   b u i l d   u p   a   c u r v e   t h a t   a p p r o x i m a t e s   t h e   o r i g i n a l   d a t a .   T h e   o b s e r v a t i o n s   ( x i ,   y i )   a r e   a s s i g n e d   n e i g h b o r h o o d   w e i g h t s   u s i n g   t h e   t r i c u b e   w e i g h t   f u n c t i o n   s h o w n   i n   ( 1 )       ( 1 )     2 . 1 . 2 .   M e d i a n   a b s o l u t e   d e v i a t i o n   a l g o r i t h m   [ 7 ]   T h e   M A D   i s   a   r o b u s t   s t a t i s t i c ,   b e i n g   m o r e   r e s i l i e n t   t o   o u t l i e r s   i n   a   d a t a   s e t   t h a n   t h e   s t a n d a r d   d e v i a t i o n .   I n   s t a n d a r d   d e v i a t i o n ,   t h e   d i s t a n c e s   f r o m   t h e   m e a n   a r e   s q u a r e d   l e a d i n g   t o   l a r g e   d e v i a t i o n s   b e i n g   o n   a v e r a g e   w e i g h t e d   m o r e   h e a v i l y .   T h i s   m e a n s   t h a t   o u t l i e r s   m a y   s i g n i f i c a n t l y   i n f l u e n c e   t h e   v a l u e   o f   s t a n d a r d   d e v i a t i o n .   I n   t h e   M A D ,   t h e   m a g n i t u d e   o f   t h e   d i s t a n c e s   o f   a   s m a l l   n u m b e r   o f   o u t l i e r s   i s   i r r e l e v a n t .   F o r   a   u n i v a r i a t e   d a t a   s e t   X 1 ,   X 2 ,   . . . ,   X n ,   t h e   M A D   i s   d e f i n e d   a s   t h e   m e d i a n   o f   t h e   a b s o l u t e   d e v i a t i o n s   f r o m   t h e   m e d i a n   o f   t h e   d a t a   s e t :   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t   J   E l e c   &   C o m p   E n g ,   V o l .   9 ,   N o .   1 ,   F e b r u a r y   2 0 1 9   :     5 4 6   -   5 5 3   5 4 8   ( 2 )     2 . 1 . 3 .   L o c a l   r e g r e s s i o n   r o b u s t   a l g o r i t h m   T h e   v e r s i o n   o f   L o e s s   d e s c r i b e d   i n   S e c t i o n   4 . 3 . 2   i s   v u l n e r a b l e   t o   o u t l i e r s   t h a t   c a n   b e   c a u s e d   b y   l e p t o k u r t i c   o r   h e a v y - t a i l e d   d i s t r i b u t i o n s .   T o   m a k e   L o e s s   r o b u s t ,   C l e v e l a n d   p r o p o s e d   t h e   a d d i t i o n   o f   t h e   r o b u s t   e s t i m a t i o n   m e t h o d   b i s q u a r e   t o   t h e   l e a s t - s q u a r e s   m e t h o d   f o r   f i t t i n g   a   p a r a m e t r i c   f a m i l y   [ 6 ] .   T h i s   m o d i f i c a t i o n   t r a n s f o r m s   L o e s s   i n t o   a n   i t e r a t i v e   m e t h o d .   T h e   i n i t i a l   f i t   i s   c a r r i e d   o u t   w i t h   w e i g h t s   d e f i n e d   u s i n g   t h e   t r i c u b e   w e i g h t   f u n c t i o n .   T h e   f i t   i s   e v a l u a t e d   a t   t h e   x i   t o   g e t   t h e   f i t t e d   v a l u e s   b y i ,   a n d   t h e   r e s i d u a l s   b e i = y i - b y i .   A t   t h e   n e x t   s t e p ,   e a c h   o b s e r v a t i o n   ( x i ,   y i )   i s   a s s i g n e d   a n   a d d i t i o n a l   r o b u s t n e s s   w e i g h t   r i ,   w h o s e   v a l u e   d e p e n d s   o n   t h e   m a g n i t u d e   o f   b e i .   E a c h   o b s e r v a t i o n   i s   a s s i g n e d   t h e   w e i g h t   r i w i ( x ) ,   w h e r e   r i   i s   d e f i n e d   a s   i n   ( 3 ) .     ( 3 )     2 . 1 . 4 .   I n t e r q u a r t i l e   r a n g e   a l g o r i t h m   [ 7 ]   I n   d e s c r i p t i v e   s t a t i s t i c s ,   t h e   I n t e r q u a r t i l e   R a n g e   ( I Q R ) ,   a l s o   c a l l e d   t h e   m i d s p r e a d   o r   m i d d l e   f i f t y ,   i s   a   m e a s u r e   o f   s t a t i s t i c a l   d i s p e r s i o n .   I t   i s   e q u a l   t o   t h e   d i f f e r e n c e   b e t w e e n   t h e   t h i r d   a n d   f i r s t   q u a r t i l e s :   I Q R = Q 3 - Q 1 .   U n l i k e   t h e   ( t o t a l )   r a n g e ,   t h e   i n t e r q u a r t i l e   r a n g e   i s   a   r o b u s t   s t a t i s t i c ,   h a v i n g   a   b r e a k d o w n   p o i n t   o f   2 5 % ,   a n d   t h u s ,   i s   o f t e n   p r e f e r r e d   t o   t h e   t o t a l   r a n g e .   F o r   a   s y m m e t r i c   d i s t r i b u t i o n   ( i . e . ,   s u c h   t h a t   t h e   m e d i a n   e q u a l s   t h e   a v e r a g e   o f   t h e   f i r s t   a n d   t h i r d   q u a r t i l e s ) ,   h a l f   o f   t h e   I Q R   e q u a l s   t h e   M A D .   U s i n g   I Q R ,   s i m i l a r l y   t o   ( 3 )   t h e   C P U   u t i l i z a t i o n   t h r e s h o l d   i s   d e f i n e d   i n   ( 4 ) .       ( 4 )     T h e   k n o w n   a l g o r i t h m   f o r   d e t e c t i n g   u n d e r - l o a d   p h y s i c a l   h o s t s   i s   s i n g l e - t h r e s h o l d   a l g o r i t h m   [ 8 ] .     2 . 2 .       W h i c h   v i r t u a l   m a c h i n e   s h o u l d   m i g r a t e ?   T h e   s e c o n d   s u b - i s s u e ,   a f t e r   d e t e r m i n i n g   t h e   m i g r a t i o n   t i m e ,   i f   t h e   p h y s i c a l   h o s t   i s   u n d e r   l o a d e d ,   t h e   t o t a l   v i r t u a l   m a c h i n e s   s h o u l d   b e   m i g r a t e   u n t i l   p h y s i c a l   h o s t   i s   s w i t c h e d   o f f ,   a n d   i f   t h e   p h y s i c a l   h o s t   i s   o v e r   l o a d e d ,   i t   s h o u l d   b e   i d e n t i f y   w h i c h   v i r t u a l   m a c h i n e   f r o m   p h y s i c a l   h o s t   s h o u l d   b e   m i g r a t e ? .   T h r e e   p o l i c y   f o r   s e l e c t i n g   t h e   v i r t u a l   m a c h i n e s   t o   m i g r a t i o n   [ 7 ]   i n   o v e r - l o a d   c o n d i t i o n   i s   R S ,   M M T   a n d   M C   a l g o r i t h m s .     2 . 2 . 1 .   M i n i m a l   m i g r a t i o n   t i m e   a l g o r i t h m   [ 9 ]   T h e   m i n i m u m   m i g r a t i o n   t i m e   [ 9 ]   p o l i c y   m i g r a t e s   a   V M   v   t h a t   r e q u i r e s   t h e   m i n i m u m   t i m e   t o   c o m p l e t e   a   m i g r a t i o n   r e l a t i v e l y   t o   t h e   o t h e r   V M s   a l l o c a t e d   t o   t h e   h o s t .   T h e   m i g r a t i o n   t i m e   i s   e s t i m a t e d   a s   t h e   a m o u n t   o f   R A M   u t i l i z e d   b y   t h e   V M   d i v i d e d   b y   t h e   s p a r s e   n e t w o r k   b a n d w i d t h   a v a i l a b l e   f o r   t h e   h o s t   j   [ 9 ] .   S i n c e   t h e   v i r t u a l   m a c h i n e   w i t h   m i n i m u m   M e m o r y   a n d   C P U   c o u l d   m i g r a t e   f a s t e r ,   s o   i n   t h i s   p o l i c y   t h e   s m a l l   v i r t u a l   m a c h i n e   a r e   c h o s e n   t o   m i g r a t i o n .   T h i s   p o l i c y   m a k e s   i f   t h e   m o r e   a m o u n t   o f   C P U   o r   m e m o r y   i s   n e e d e d   t o   b e   f r e e ,   s o   a   l o t   o f   t h e   v i r t u a l   m a c h i n e s   c o u l d   b e   m i g r a t e d .     2 . 2 . 2 .   T h e   r a n d o m   s e l e c t i o n   p o l i c y   T h e   r a n d o m   s e l e c t i o n   [ 1 0 ]   p o l i c y   s e l e c t s   a   V M   t o   b e   m i g r a t e d   a c c o r d i n g   t o   a   u n i f o r m l y   d i s t r i b u t e d   d i s c r e t e   v a r i a b l e .   T h i s   p o l i c y   i s   s u i t a b l e   f o r   t h e   d a t a   c e n t e r s   w i t h   l a r g e   n u m b e r   o f   v i r t u a l   m a c h i n e s   o r   i n   o t h e r   w o r d s   c a n   b e   a   g o o d   j o b   f o r   a   p u b l i c   c l o u d   c o m p u t i n g   c e n t e r .     2 . 2 . 3 .   T h e   m a x i m u m   c o r r e l a t i o n   p o l i c y   [ M C ]   T h e   i d e a   i s   t h a t   t h e   h i g h e r   t h e   c o r r e l a t i o n   b e t w e e n   t h e   r e s o u r c e   u s a g e   b y   a p p l i c a t i o n s   r u n n i n g   o n   a n   o v e r s u b s c r i b e d   s e r v e r ,   t h e   h i g h e r   t h e   p r o b a b i l i t y   o f   t h e   s e r v e r   o v e r l o a d i n g   [ 9 ] .   T h i s   p o l i c y   i s   i n   c o n t r a r y   t o   t h e   v i e w   p o i n t   o f   M M T   m e t h o d .   I n   f a c t ,   i n   t h i s   p o l i c y ,   i n s t e a d   o f   m i g r a t i n g   m u l t i p l e   s m a l l   v i r t u a l   m a c h i n e s ,   o n e   l a r g e   v i r t u a l   m a c h i n e   i s   m i g r a t e d .     T h i s   c a u s e s   s a v i n g   t i m e   i n   p a c k i n g   t h e   v i r t u a l   m a c h i n e s .     2 . 3 .       W h e r e   v i r t u a l   m a c h i n e s   s h o u l d   b e   m i g r a t e d ?   T h e   t h i r d   i s s u e   i s   a b o u t   w h e r e   v i r t u a l   m a c h i n e s   s h o u l d   b e   m i g r a t e d ?   A f t e r   d i a g n o s i s   m i g r a t i o n   t i m e   a n d   c h o o s i n g   w i t c h   v i r t u a l   m a c h i n e   s h o u l d   b e   m i g r a t e d ?   T h e   t h i r d   i s s u e   d e t e r m i n e s   t h e   d e s t i n a t i o n   o f   e a c h   v i r t u a l   m a c h i n e .   T h e   a l g o r i t h m s   a r e   c a l l e d   v i r t u a l   m a c h i n e   p l a c e m e n t   a l g o r i t h m .   T h e   l a r g e   n u m b e r   o f   v i r t u a l   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t   J   E l e c   &   C o m p   E n g     I S S N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8     E n e r g y   e f f i c i e n c y   i n   v i r t u a l   m a c h i n e s   a l l o c a t i o n   f o r   c l o u d   d a t a   c e n t e r s   w i t h   l o t t e r y     ( M e h r a n   T a r a h o m i )   5 4 9 m a c h i n e s   a n d   p h y s i c a l   m a k e s   t h e   i d e a   o f   u s i n g   e v o l u t i o n a r y   a l g o r i t h m s   f o r   v i r t u a l   m a c h i n e   a l l o c a t i o n   t o   p h y s i c a l   h o s t   p r o b l e m .   I m p r o v i n g   e n e r g y   e f f i c i e n c y   h a s   b e c o m e   i n c r e a s i n g l y   i m p o r t a n t   i n   d a t a   c e n t e r s   i n   r e c e n t   y e a r s .   T h e   p a p e r   [ 1 1 ]   p r o p o s e d   a   s i m u l a t e d   a n n e a l i n g   v i r t u a l   m a c h i n e   p l a c e m e n t   a l g o r i t h m ,   w h i c h   i s   b a s e d   o n   s i m u l a t e d   a n n e a l i n g   t h e o r y .   E x p e r i m e n t a l   r e s u l t s   s h o w   t h a t   t h i s   S A   a l g o r i t h m   c a n   g e n e r a t e   b e t t e r   r e s u l t s ,   s a v i n g   u p   2 5   p e r c e n t a g e   m o r e   e n e r g y   t h a n   F i r s t   f i t   d e c r e a s i n g   i n   a c c e p t a b l e   t i m e   f r a m e .   T h e   p a p e r   [ 1 2 ]   p r o p o s e s   n o v e l   s e l f   a d a p t i v e   p a r t i c l e   s w a r m   o p t i m i z a t i o n   S A P S O   a l g o r i t h m   t o   s o l v e   t h e   i n t r a c t a b l e   n a t u r e   o f   t h e   m a p p i n g   t h e   a   s e t   o f   V M   i n s t a n c e s   o n t o   a   s e t   o f   s e r v e r s   f r o m   d y n a m i c   r e s o u r c e   p o o l   s o   t h a t   t h e   t o t a l   i n c r e m e n t a l   p o w e r   d r a w n   u p o n   t h e   m a p p i n g   i s   m i n i m a l   a n d   d o e s   n o t   c o m p r o m i s e   t h e   p e r f o r m a n c e   o b j e c t i v e s .   T h e   e x p e r i m e n t a l   r e s u l t s   o f   S A P S O   w a s   c o m p a r e d   w i t h   m u l t i - s t r a t e g y   M E P S O   a n d   t h e   r e s u l t   s h o w   t h a t   S A P S O   o u t p e r f o r m s   t h e   l a t t e r   f o r   p o w e r   a w a r e   a d a p t i v e   V M   p r o v i s i o n i n g   i n   a   l a r g e   s c a l e ,   h e t e r o g e n e o u s   a n d   d y n a m i c   c l o u d   e n v i r o n m e n t .       3 .   R E S U L T S   A N D   A N A L Y S I S     T h e   p r o b l e m   i s   m a p p i n g   t h e   v i r t u a l   m a c h i n e s   t o   p h y s i c a l   h o s t s ,   s o   t h a t   e a c h   v i r t u a l   m a c h i n e s   i s   a l l o c a t e d   t o   o n l y   o n e   p h y s i c a l   h o s t   a n d   t h e   m i n i m u m   n u m b e r   o f   p h y s i c a l   h o s t s   a r e   s w i t c h e d   o n .   I n   o t h e r   w o r d s ,   c o n s i d e r   t h e   n u m b e r   o f   v i r t u a l   m a c h i n e s   i s   M   a n d   t h e   n u m b e r   o f   p h y s i c a l   h o s t s   i s   N   ( M >   N ) .   V   i s   s e t   o f   v i r t u a l   m a c h i n e   w h i c h   V i   i s   a   s a m p l e   o f   v i r t u a l   m a c h i n e .   A l s o   P   i s   s e t   o f   p h y s i c a l   h o s t s   a n d   P j   r e p r e s e n t s   s a m p l e   o f   p h y s i c a l   h o s t .     V = { v 1 , v 2 , , v m }   P = { p 1 , p 2 , , p n }   L e t s   d e f i n e :   V i c p u :   t h e   C P U   r e q u i r e m e n t   o f   V i   V i m e m :   t h e   m e m o r y   r e q u i r e m e n t   o f   V i   P j :   a   p h y s i c a l   m a c h i n e   i n   P   P j c p u :   t h e   c p u   c a p a c i t y   o f   p j   P j m e m :   t h e   m e m o r y   c a p a c i t y   o f   p j   P j w c p u :   t h e   t o t a l   C P U   w o r k l o a d   o n   p j   P j w m e m :   t h e   t o t a l   m e m o r y   w o r k l o a d   o n   p j   V p j :   t h e   s e t   o f   v i r t u a l   m a c h i n e s   a s s i g n e d   t o   p h y s i c a l   m a c h i n e   p j   V p j = { p j 1 ,   p j 2 , ,   p j m }     T h e   u t i l i z a t i o n   r a t e   o f   t h e   C P U   i n   p h y s i c a l   s e r v e r   p j   i s   :     = /     T h e   e n e r g y   c o n s u m p t i o n   o f   p h y s i c a l   s e r v e r   p j   w h e n   i t s   C P U   u s a g e     i s :     = . + 1 . .     W h e n   k j   i s   t h e   f r a c t i o n   o f   e n e r g y   c o n s u m e d   w h e n   p j   i s   i d l e ;   e j m a x   i s   t h e   e n e r g y   c o n s u m p t i o n   o f   p h y s i c a l   s e r v e r   p j   w h e n   i t   i s   f u l l y   u t i l i z e d ;   a n d     i s   t h e   C P U   u t i l i z a t i o n   o f   p j .   T h e   p u r p o s e   o f   t h i s   s t u d y   a l l o c a t i n g   p h y s i c a l   h o s t s   t o   e a c h   v i r t u a l   m a c h i n e   a c c o r d i n g   t o   a b o v e   E q u a t i o n s ,   s o   t h a t   t h e   e n e r g y   c o n s u m p t i o n   i s   r e d u c e d .       4 .   P R O P O S E D   M E T H O D   I n   t h i s   s e c t i o n   t h e   p r o p o s e d   m e t h o d   i s   d e s c r i b e d   s o   t h a t   a t   t h e   f i r s t   t h e   p r e l i m i n a r y   d e s c r i p t i o n   o f   l o t t e r y   a l g o r i t h m   i s   g i v e n ,   t h e n   t h e   m e t h o d   f o r   v i r t u a l   m a c h i n e s   t o   p h y s i c a l   h o s t s   w i t h   p r o p o s e d   m e t h o d   i s   p r o p o s e d .     4 . 1 .     I n t r o d u c t i o n   t o   l o t t e r y   a l g o r i t h m   I n   c o m p u t i n g ,   s c h e d u l i n g   i s   t h e   m e t h o d   b y   w h i c h   w o r k   s p e c i f i e d   b y   s o m e   m e a n s   i s   a s s i g n e d   t o   r e s o u r c e s   t h a t   c o m p l e t e   t h e   w o r k .   T h e   w o r k   m a y   b e   v i r t u a l   c o m p u t a t i o n   e l e m e n t s   s u c h   a s   t h r e a d s ,   p r o c e s s e s   o r   d a t a   f l o w s ,   w h i c h   a r e   i n   t u r n   s c h e d u l e d   o n t o   h a r d w a r e   r e s o u r c e s   s u c h   a s   p r o c e s s o r s ,   n e t w o r k   l i n k s   o r   e x p a n s i o n   c a r d s .   A   s c h e d u l e r   i s   w h a t   c a r r i e s   o u t   t h e   s c h e d u l i n g   a c t i v i t y .   S c h e d u l e r s   a r e   o f t e n   i m p l e m e n t e d   s o   t h e y   k e e p   a l l   c o m p u t e r   r e s o u r c e s   b u s y   ( a s   i n   l o a d   b a l a n c i n g ) ,   a l l o w   m u l t i p l e   u s e r s   t o   s h a r e   s y s t e m   r e s o u r c e s   e f f e c t i v e l y ,   o r   t o   a c h i e v e   a   t a r g e t   q u a l i t y   o f   s e r v i c e .   S c h e d u l i n g   i s   f u n d a m e n t a l   t o   c o m p u t a t i o n   i t s e l f ,   a n d   a n   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t   J   E l e c   &   C o m p   E n g ,   V o l .   9 ,   N o .   1 ,   F e b r u a r y   2 0 1 9   :     5 4 6   -   5 5 3   5 5 0 i n t r i n s i c   p a r t   o f   t h e   e x e c u t i o n   m o d e l   o f   a   c o m p u t e r   s y s t e m ;   t h e   c o n c e p t   o f   s c h e d u l i n g   m a k e s   i t   p o s s i b l e   t o   h a v e   c o m p u t e r   m u l t i t a s k i n g   w i t h   a   s i n g l e   c e n t r a l   p r o c e s s i n g   u n i t   ( C P U ) .     A   s c h e d u l e r   m a y   a i m   a t   o n e   o f   m a n y   g o a l s ,   f o r   e x a m p l e ,   m a x i m i z i n g   t h r o u g h p u t   ( t h e   t o t a l   a m o u n t   o f   w o r k   c o m p l e t e d   p e r   t i m e   u n i t ) ,   m i n i m i z i n g   r e s p o n s e   t i m e   ( t i m e   f r o m   w o r k   b e c o m i n g   e n a b l e d   u n t i l   t h e   f i r s t   p o i n t   i t   b e g i n s   e x e c u t i o n   o n   r e s o u r c e s ) ,   o r   m i n i m i z i n g   l a t e n c y   ( t h e   t i m e   b e t w e e n   w o r k   b e c o m i n g   e n a b l e d   a n d   i t s   s u b s e q u e n t   c o m p l e t i o n )   m a x i m i z i n g   f a i r n e s s   ( e q u a l   C P U   t i m e   t o   e a c h   p r o c e s s ,   o r   m o r e   g e n e r a l l y   a p p r o p r i a t e   t i m e s   a c c o r d i n g   t o   t h e   p r i o r i t y   a n d   w o r k l o a d   o f   e a c h   p r o c e s s ) .   I n   p r a c t i c e ,   t h e s e   g o a l s   o f t e n   c o n f l i c t   ( e . g .   t h r o u g h p u t   v e r s u s   l a t e n c y ) ,   t h u s   a   s c h e d u l e r   w i l l   i m p l e m e n t   a   s u i t a b l e   c o m p r o m i s e .   P r e f e r e n c e   i s   g i v e n   t o   a n y   o n e   o f   t h e   c o n c e r n s   m e n t i o n e d   a b o v e ,   d e p e n d i n g   u p o n   t h e   u s e r ' s   n e e d s   a n d   o b j e c t i v e s .   I n   r e a l - t i m e   e n v i r o n m e n t s ,   s u c h   a s   e m b e d d e d   s y s t e m s   f o r   a u t o m a t i c   c o n t r o l   i n   i n d u s t r y   ( f o r   e x a m p l e   r o b o t i c s ) ,   t h e   s c h e d u l e r   a l s o   m u s t   e n s u r e   t h a t   p r o c e s s e s   c a n   m e e t   d e a d l i n e s ;   t h i s   i s   c r u c i a l   f o r   k e e p i n g   t h e   s y s t e m   s t a b l e .   S c h e d u l e d   t a s k s   c a n   a l s o   b e   d i s t r i b u t e d   t o   r e m o t e   d e v i c e s   a c r o s s   a   n e t w o r k   a n d   m a n a g e d   t h r o u g h   a n   a d m i n i s t r a t i v e   b a c k   e n d .     4 . 2 .       T h e   p r o p o s e d   m e t h o d   f o r   v i r t u a l   m a c h i n e   a l l o c a t i o n   w i t h   l o t t e r y   a l g o r i t h m   I n   t h e   p r o p o s e d   m e t h o d   a   n e w   m e t h o d   b a s e d   o n   l o t t e r y   a l g o r i t h m   h a s   b e e n   p r o p o s e d   f o r   v i r t u a l   m a c h i n e   a l l o c a t i o n   t o   p h y s i c a l   h o s t s .   T h e   a d v a n t a g e   o f   p r o p o s e d   a l g o r i t h m   i n   c o m p a r i s o n   t o   p r e v i o u s   a l g o r i t h m   i s   m o r e   a g i l i t y   a n d   h i g h   s p e e d .   I n   t h i s   r e s e a r c h   a   n e w   m e t h o d   b a s e d   o n   l o t t e r y   a l g o r i t h m   a n d   w i t h   e v o l u t i o n a r y   v i s i o n   h a s   b e e n   p r o p o s e d .     T h e   p r o p o s e d   m e t h o d   s t e p s :   a .   F i r s t   s t e p :   p r o d u c i n g   N   d i f f e r e n t   s o l u t i o n s .   T h e   f u n c t i o n s   o f   p r o d u c i n g   i n i t i a l i z e   s o l u t i o n s   h a v e   p r o p o s e d   i n   t h e   f o l l o w i n g .   b .   S e c o n d   s t e p :   T h e   f i t n e s s   f u n c t i o n   i s   c a l c u l a t e d   f o r   e v e r y   s i n g l e   s o l u t i o n s .   c .   T h i r d   s t e p :   f o r   e v e r y   s o l u t i o n   a   t i c k e t   i s   a s s i g n e d   b a s e d   o n   t h e   f i t n e s s   f u n c t i o n .   d .   F o r t h   s t e p :   o n e   p a r a m e t e r   f o r   w i n   r a t e   i s   u s e d   i n   t h i s   a l g o r i t h m ,   d e t e r m i n e s   w h a t   p e r c e n t a g e s   o f   s o l u t i o n s   m o v e d   t o   t h e   n e x t   s t e p .   T h e   l o t t e r y   o p e r a t i o n   i s   d o n e   i n   t h i s   s t e p   a n d   s o l u t i o n s   w i t h   m o r e   t i c k e t s   h a s   m o r e   c h a n c e   t o   g o   t o   t h e   n e x t   s t e p .   I n   t h i s   s t e p   w i t h   n o t i c e   t o   w i n   r a t e ,   t h e   l o t t e r y   a l g o r i t h m   r e p e a t s   a n d   s o m e   s o l u t i o n s   h a s   b e e n   s e l e c t e d   f o r   n e x t   s t e p .   F o r   e x a m p l e   i f   t h e   w i n   r a t e   e q u a l s   t o   7 0   p e r c e n t ,   7 0   p e r c e n t   o f   c u r r e n t   s o l u t i o n s   a r e   s e l e c t e d   t o   m o v e   t o   t h e   n e x t   s t e p   a n d   3 0   p e r c e n t   o f   i n i t i a l i z e   s o l u t i o n s   n e w   s o l u t i o n s   a r e   c r e a t e d .   e .   F i f t h   s t e p :   T h e   e n d   c o n d i t i o n   o r   t h e   n u m b e r   o f   i t e r a t i o n s   o f   a l g o r i t h m   i s   c h e c k e d .   I f   t h e   c o n d i t i o n   i s   f u l f i l l e d   t h e   b e s t   s o l u t i o n   w i l l   b e   c h o s e n   o t h e r w i s e   g o   t o   t h e   s e c o n d   s t e p .   T h e   p r o b l e m   f o r m u l a t i o n   a n d   p r o d u c t i o n   o f   i n i t i a l i z e   s o l u t i o n s   A s   d e s c r i b e d   i n   t h e   p r e v i o u s   s e c t i o n s ,   t h e   v i r t u a l   m a c h i n e   a l l o c a t i o n   i s   a n   o p t i m i z a t i o n   s o l u t i o n   f o r   d e c r e a s i n g   e n e r g y   c o n s u m p t i o n .   T h e   s e t   o f   v i r t u a l   m a c h i n e   i s   a s   f o l l o w s :   V = { v 1 , v 2 , , v m }   [ m   p r e s e n t s   t h e   t o t a l   n u m b e r   o f   v i r t u a l   m a c h i n e s ]   T h e   s e t   o f   p h y s i c a l   h o s t s   i s   a s   f o l l o w s :   H = { H 1 , H 2 , . . H n }   [ n   p r e s e n t s   t h e   t o t a l   n u m b e r   o f   p h y s i c a l   h o s t s ]   S o m e   o f   t h e   r e s t r i c t i o n s   a r e   a s   f o l l o w s :   1   A   v i r t u a l   m a c h i n e   c a n   o n l y   a s s i g n e d   t o   o n e   p h y s i c a l   h o s t .   2   F o r   s o l v i n g   t h e   v i r t u a l   m a c h i n e   a l l o c a t i o n   t o   p h y s i c a l   h o s t s ,   e a c h   a n s w e r   i s   a s s u m e d   a s   a   p a r t i c i p a t i o n   i n   l o t t e r y   a l g o r i t h m .   A s   s h o w n   i n   F i g u r e   1 ,   t h e   a r r a y   i n d e x   r e p r e s e n t s   o f   v i r t u a l   m a c h i n e s   n u m b e r ,   a n d   t h e   i n p u t   n u m b e r   r e p r e s e n t s   t h e   p h y s i c a l   h o s t s   n u m b e r   w h i c h   t h e   m e n t i o n e d   v i r t u a l   m a c h i n e   t o   b e   p l a c e d   o n   t h i s   p h y s i c a l   h o s t .   I n   o t h e r   w o r d   i f   t h e   i n p u t   n u m b e r   i f   i n d e x   i   e q u a l s   t o   j ,   m e a n s   v i r t u a l   m a c h i n e [ i ]   i s   p l a c e d   o n   p h y s i c a l   h o s t [ j ] .   S a m p l e   o f   s o l u t i o n   f o r   p r o p o s e d   a l g o r i t h m   a s   s h o w n   i n   T a b l e   1 .       T a b l e   1 .   S a m p l e   o f   S o l u t i o n   f o r   P r o p o s e d   A l g o r i t h m   V M n   . . .   . . .   V M 3   V M 2   V M 1   H o s t n     . . .   H o s t 3   H o s t 2   H o s t 1     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t   J   E l e c   &   C o m p   E n g     I S S N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8     E n e r g y   e f f i c i e n c y   i n   v i r t u a l   m a c h i n e s   a l l o c a t i o n   f o r   c l o u d   d a t a   c e n t e r s   w i t h   l o t t e r y     ( M e h r a n   T a r a h o m i )   5 5 1     F i g u r e   1 .   T h e   p r o p o s e d   a l g o r i t h m s   f l o w c h a r t       5 .   S I M U L A T I O N   T h e   C l o u d s i m   i s   u s e d   t o   e v a l u a t e   a n d   a n a l y z i n g   t h e   p r o p o s e d   a l g o r i t h m s   p e r f o r m a n c e .   T h i s   s i m u l a t o r   i s   a   t o o l k i t   i n   j a v a   l a n g u a g e   w h i c h   i s   u s e d   t o   s i m u l a t e   c l o u d   e n v i r o n m e n t .   T h e   t o o l b o x   c o n t a i n s   s e t   o f   s e v e r a l   c l a s s e s ,   d e s i g n e d   b y   A .   B e l o g a z o v   e t   a l   i n   2 0 1 3   [ 5 ] .   T h e   f o l l o w i n g   s c e n a r i o s   a r e   u s e d   f o r   s i m u l a t i n g   t h e   p r o p o s e d   a l g o r i t h m .   T h e   s i m u l a t e d   d a t a   c e n t e r   c o m p r i s e d   8 0 0   h e t e r o g e n e o u s   p h y s i c a l   n o d e s ,   h a l f   o f   w h i c h   w e r e   H P   P r o L i a n t   M L 1 1 0   G 4   s e r v e r s ,   a n d   t h e   o t h e r   h a l f   c o n s i s t e d   o f   H P   P r o L i a n t   M L 1 1 0   G 5   s e r v e r s .   T h e   c h a r a c t e r i s t i c s   o f   t h e   s e r v e r s   a n d   d a t a   o n   t h e i r   p o w e r   c o n s u m p t i o n   a r e   g i v e n   i n   S e c t i o n   4 . 2 . 2 .   T h e   f r e q u e n c i e s   o f   t h e   s e r v e r s   C P U s   w e r e   m a p p e d   o n t o   M I P S   r a t i n g s :   1 8 6 0   M I P S   e a c h   c o r e   o f   t h e   H P   P r o L i a n t   M L 1 1 0   G 5   s e r v e r ,   a n d   2 6 6 0   M I P S   e a c h   c o r e   o f   t h e   H P   P r o L i a n t   M L 1 1 0   G 5   s e r v e r .   E a c h   s e r v e r   h a d   1   G B / s   n e t w o r k   b a n d w i d t h .   I n   t h i s   p a p e r ,   t h e   p r o p o s e d   m e t h o d   i s   s t u d i e d   i n   t e r m s   o f   e n e r g y   e f f i c i e n c y   a n d   t h e   v i o l a t i o n   o f   S L A       6 .   P E R F O R M A N C E   E V A L U A T I O N   I n   t h i s   s t u d y   a   m e t h o d   f o r   v i r t u a l   m a c h i n e   a l l o c a t i o n   t o   p h y s i c a l   h o s t s   h a s   b e e n   p r o p o s e d .   A s   m e n t i o n e d   i n   t h e   p r e v i o u s   s e c t i o n s ,   t h e r e   a r e   t h r e e   s u b - i s s u e s   i n   a   c l o u d   d a t a   c e n t e r ,   a l s o   a f f e c t   t o   e a c h   o t h e r .   F o u r   c o m m o n   m e t h o d s   M A D ,   I Q R ,   L R ,   L R R   o n   t h e   q u e s t i o n   o f   " W h e n   a   m i g r a t i o n   s h o u l d   b e   d o n e ?   a n d   t h r e e   m o s t   w i d e l y   u s e d   m e t h o d   M M T ,   R S ,   M C   f o r   t h e   s u b - i s s u e   o n   w h i c h   v i r t u a l   m a c h i n e   s h o u l d   b e   s e l e c t   f o r   m i g r a t i o n "   a r e   s i m u l a t e d ) .   T h e   p r o p o s e d   a l g o r i t h m   a s   a   s o l u t i o n   f o r   t h i r d   s u b - i s s u e   o n   w h e r e   v i r t u a l   m a c h i n e   s h o u l d   b e   m i g r a t e ? "   h a s   b e e n   p r o p o s e d .   R e d u c i n g   e n e r g y   c o n s u m p t i o n   r e q u i r e s   t o   b e s t   s o l u t i o n s   f o r   e a c h   s u b - i s s u e s .   A c t u a l l y   t h e   s o l u t i o n   f o r   e v e r y   s u b - i s s u e s   e f f e c t s   o n   t h e   f i n a l   s o l u t i o n s ,   a n d   i t   i s   i m p o r t a n t   t h a t   t h e   p r o p o s e d   a l g o r i t h m s   i s   w i t h   f o l l o w i n g   o f   w h i c h   a l g o r i t h m s .   T h i s   s t u d y   a n a l y s e s   t h e   p e r f o r m a n c e   o f   t h e   p r o p o s e d   a l g o r i t h m   w i t h   o v e r - l o a d   d e t e c t i o n   a l g o r i t h m s   a n d   t h e   v i r t u a l   m a c h i n e   s e l e c t i n g   a l g o r i t h m .   I n   o r d e r   t o   o b t a i n   t h e   b e s t   s o l u t i o n   f o r   o p t i m i z a t i o n   o f   e n e r g y   c o n s u m p t i o n   t h e   c o m b i n a t i o n   o f   a l g o r i t h m s   [ t h e   b e s t   a l g o r i t h m s   f o r   e a c h   s u b - i s s u e s ]   i s   i m p o r t a n t   f a c t o r .   T h e   F i g u r e   2   s h o w s   e n e r g y   c o n s u m p t i o n   i n   d i f f e r e n t   c o m b i n a t i o n   o f   a l g o r i t h m s .   T h e   v e r t i c a l   a x i s   o f   d i a g r a m   s h o w s   t h e   e n e r g y   c o n s u m p t i o n   i n   w / h   a n d   t h e   h o r i z o n t a l   a x i s   s h o w s   d i f f e r e n t   c o m b i n a t i o n s   o f   m e t h o d s   f o r   e a c h   s u b - i s s u e .   A s   s h o w s   i n   F i g u r e   1 ,   t h e   m i n i m u m   a m o u n t   o f   e n e r g y   c o n s u m p t i o n   i s   f o r   P r o p o s e d / L R / M C   w i t h   1 1   w / h .   T h e   b e h a v i o r   o f   t h r e e   a l g o r i t h m   i n   c o m b i n a t i o n   o f   V M   s e l e c t i o n / H o s t   o v e r l o a d   d e t e c t i o n / H o s t   u n d e r - l o a d   d e t e c t i o n   a l g o r i t h m s   a r e   a   l i t t l e   s i m i l a r ,   f o r   e x a m p l e   t h e   m a x i m u m   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t   J   E l e c   &   C o m p   E n g ,   V o l .   9 ,   N o .   1 ,   F e b r u a r y   2 0 1 9   :     5 4 6   -   5 5 3   5 5 2 a m o u n t   o f   e n e r g y   c o n s u m p t i o n   i s   r e l a t e d   t o   L R R / R S .   I n   t h e   1 2   d i f f e r e n t   c o m b i n a t i o n s ,   t h e   p r o p o s e d   a l g o r i t h m   p e r f o r m s   b e t t e r   t h a n   G A   a n d   P A B F D   a l g o r i t h m .   T h e   F i g u r e   2   s h o w s   t h e   f o u r   p o i n t s   o f   t h e   m o s t   m i n i m u m   o f   e n e r g y   c o n s u m p t i o n s   i n   F i g u r e   2 .   T h e   F i g u r e   3   s h o w s   t h a t   t h e   p r o p o s e d   a l g o r i t h m   h a s   t h e   m i n i m u m   a m o u n t   o f   e n e r g y   c o n s u m p t i o n   a n d   t h e   p o l i c y   o f   u s i n g   M C   a l g o r i t h m   i n   v i r t u a l   m a c h i n e   s e l e c t i o n   m a k e s   t h e   r e s u l t s   b e t t e r .   I n   a d d i t i o n   t h e   M C   p o l i c y   h a s   b e t t e r   p e r f o r m a n c e   i n   r e d u c i n g   e n e r g y   c o n s u m p t i o n   i n   c o m p a r i s o n   t o   R S   o r   M M T   p o l i c y .   F i g u r e   4   s h o w s   t h e   p e r f o r m a n c e   o f   p r o p o s e d   a l g o r i t h m .   G A ,   P A B F D   d u r i n g   1 0   r o u n d s ,   i n   t e r m   o f   t h e   v i o l a t i o n   o f   t h e   S L A .   T h e   v e r t i c a l   a x i s   s h o w s   t h e   v i o l a t i o n   o f   S L A   i n   p e r c e n t a g e   a n d   t h e   h o r i z o n t a l   a x i s   s h o w s   t h e   a l g o r i t h m s   o f   e a c h   s u b - i s s u e s .   A s   s h o w n   i n   F i g u r e   2   t h e   m i n i m u m   n u m b e r   o f   v i o l a t i o n   o f   S L A   i s   f o r   L R R / M C   f o r   p r o p o s e d ,   G A   a n d   P A B F D   a l g o r i t h m s .   T h e   p r o p o s e d   a l g o r i t h m   w i t h   0 . 3 7   n u m b e r   i s   i n   t h e   t h i r d   p l a c e .   A m o n g   1 2   d i f f e r e n t   s t a t e s ,   t h e   p r o p o s e d   a l g o r i t h m   p e r f o r m e d   b e s t   i n   5   s t a t e s   i n   c o m p a r i s o n   o n   t h e   o t h e r   a l g o r i t h m s .   F i g u r e   5   s h o w s   t h e   v i o l a t i o n   o f   S L A   f o r   t h e   m o s t   m i n i m u m   n u m b e r s   o f   e n e r g y   c o n s u m p t i o n   m e t h o d s .   A s   s h o w n   i n   F i g u r e   4   a n d   F i g u r e   5 ,   t h e   v i o l a t i o n   o f   S L A   d e c r e a s e   b y   M C   p o l i c y .   A s   a   r e s u l t   o f   t h e   c o m p a r i s o n   o f   F i g u r e s   2   a n d   F i g u r e   3 ,   t h e   e n e r g y   c o n s u m p t i o n   a n d   t h e   v i o l a t i o n   o f   S L A   a r e   r e l a t e d   i n v e r s e l y .   T h e   v i o l a t i o n   o f   S L A   f o r   p r o p o s e d   a l g o r i t h m   i s   m o r e   t h a n   t h e   o t h e r   a l g o r i t h m s   b u t   t h e   d i f f e r e n c e   i s   0 . 0 9   p e r c e n t a g e   a n d   i s   v e r y   l i t t l e   a n d   c a n   b e   i g n o r e d .           F i g u r e   2 .   T h e   e n e r g y   c o n s u m p t i o n       F i g u r e   3 .   T h e   f o u r   m i n i m u m   p o i n t s   o f   e n e r g y   c o n s u m p t i o n             F i g u r e   4   O v e r a l l   S L A   v i o l a t i o n             F i g u r e   5 .   T h e   v i o l a t i o n   o f   S L A   f o r   t h e   m o s t   m i n i m u m   e n e r g y   c o n s u m p t i o n   f o r   S c e n a r i o   C       7 .   C O N C L U S I O N   A s   s h o w n   i n   F i g u r e s   1 - 4   t h e   p r o p o s e d   a l g o r i t h m   h a s   t h e   m i n i m u m   a m o u n t   o f   e n e r g y   c o n s u m p t i o n   i n   c o l l a b o r a t i v e   w i t h   L R   a l g o r i t h m   f o r   o v e r - l o a d   d e t e c t i o n   a l g o r i t h m   a n d   M C   a l g o r i t h m   f o r   s e l e c t i n g   t h e   v i r t u a l   m a c h i n e ,   b u t   t h e   m i n i m u m   a m o u n t   f o r   t h e   v i o l a t i o n   o f   S L A   i s   w i t h   c o l l a b o r a t i v e   w i t h   L R R   a l g o r i t h m   f o r   o v e r - l o a d   d e t e c t i o n   a l g o r i t h m   a n d   M C   a l g o r i t h m   f o r   s e l e c t i n g   t h e   v i r t u a l   m a c h i n e s .   A s   i s   c l e a r ,   t h e   b e s t   p o l i c i e s   a r e   L R / M C .   T h e   p r o p o s e d   a l g o r i t h m   h a s   i m p r o v e d   t h e   e n e r g y   c o n s u m p t i o n   a b o u t   3 1 . 2 5   p e r c e n t .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t   J   E l e c   &   C o m p   E n g     I S S N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8     E n e r g y   e f f i c i e n c y   i n   v i r t u a l   m a c h i n e s   a l l o c a t i o n   f o r   c l o u d   d a t a   c e n t e r s   w i t h   l o t t e r y     ( M e h r a n   T a r a h o m i )   5 5 3 R E F E R E N C E S     [ 1 ]   B u y y a ,   R a j k u m a r ,   C h e e   S h i n   Y e o ,   a n d   S r i k u m a r   V e n u g o p a l ,   " M a r k e t - O r i e n t e d   C l o u d   C o m p u t i n g :   V i s i o n ,   H y p e ,   a n d   R e a l i t y   f o r   D e l i v e r i n g   I t   S e r v i c e s   A s   C o m p u t i n g   U t i l i t i e s , "   H i g h   P e r f o r m a n c e   C o m p u t i n g   a n d   C o m m u n i c a t i o n s ,   2 0 0 8 .   H P C C ' 0 8 .   1 0 t h   I E E E   I n t e r n a t i o n a l   C o n f e r e n c e   o n .   I E E E ,   2 0 0 8 .   [ 2 ]   B u y y a ,   R a j k u m a r ,   A n t o n   B e l o g l a z o v ,   a n d   J e m a l   A b a w a j y .   " E n e r g y - e f f i c i e n t   M a n a g e m e n t   o f   D a t a   C e n t e r   R e s o u r c e s   f o r   C l o u d   C o m p u t i n g :   A   V i s i o n ,   A r c h i t e c t u r a l   E l e m e n t s ,   a n d   O p e n   C h a l l e n g e s . "   a r X i v   p r e p r i n t   a r X i v : 1 0 0 6 . 0 3 0 8 ,   2 0 1 0 .   [ 3 ]   W u ,   Y o n g q i a n g .   " E n e r g y   E f f i c i e n t   V i r t u a l   M a c h i n e   P l a c e m e n t   I n   D a t a   C e n t e r s " ,   2 0 1 3 .   [ 4 ]   E n e r g y - a w a r e   R e s o u r c e   A l l o c a t i o n   H e u r i s t i c s   f o r   E f f i c i e n t   M a n a g e m e n t   o f   D a t a   C e n t e r s   f o r   C l o u d   c o m p u t i n g   A n t o n   B e l o g l a z o v ,   J e m a l   A b a w a j y ,   R a j k u m a r   B u y y a .   [ 5 ]   B e l o g l a z o v ,   A . ,     E n e r g y - e f f i c i e n t   M a n a g e m e n t   O f   V i r t u a l   M a c h i n e s   I n   D a t a   C e n t e r s   f o r   C l o u d   C o m p u t i n g ,   S u b m i t t e d   i n   T o t a l   F u l f i l m e n t   o f   t h e   R e q u i r e m e n t s   o f   t h e   D e g r e e   o f   D o c t o r   o f   P h i l o s o p h y ,   D e p a r t m e n t   o f   C o m p u t i n g   a n d   I n f o r m a t i o n   S y s t e m s   T h e   U n i v e r s i t y   O f   M e l b o u r n e ,   2 0 1 3 .   [ 6 ]   G u e n t e r ,   B . ,   J a i n ,   N . ,   &   W i l l i a m s ,   C . ,   M a n a g i n g   C o s t ,   P e r f o r m a n c e ,   a n d   R e l i a b i l i t y   T r a d e o f f s   f o r   E n e r g y - a w a r e   S e r v e r   P r o v i s i o n i n g ,   I n   I N F O C O M ,   2 0 1 1   P r o c e e d i n g s   I E E E ,   p p .   1 3 3 2 - 1 3 4 0 ,   I E E E ,   A p r i l ,   2 0 1 1 .   [ 7 ]   B e l o g l a z o v ,   A . ,   &   B u y y a ,   R . ,   O p t i m a l   O n l i n e   D e t e r m i n i s t i c   A l g o r i t h m s   a n d   A d a p t i v e   H e u r i s t i c s   f o r   E n e r g y   a n d   P e r f o r m a n c e   E f f i c i e n t   D y n a m i c   C o n s o l i d a t i o n   o f   V i r t u a l   M a c h i n e s   i n   C l o u d   D a t a   C e n t e r s ,   C o n c u r r e n c y   a n d   C o m p u t a t i o n :   P r a c t i c e   a n d   E x p e r i e n c e ,   2 4 ( 1 3 ) ,   1 3 9 7 - 1 4 2 0 ,   2 0 1 2 .   [ 8 ]   B e l o g l a z o v ,   A n t o n ,   a n d   R a j k u m a r   B u y y a .   " M a n a g i n g   O v e r l o a d e d   H o s t s   f o r   D y n a m i c   C o n s o l i d a t i o n   o f   V i r t u a l   M a c h i n e s   i n   C l o u d   D a t a   C e n t e r s   u n d e r   Q u a l i t y   o f   S e r v i c e   C o n s t r a i n t s . "   I E E E   T r a n s a c t i o n s   o n   P a r a l l e l   a n d   D i s t r i b u t e d   S y s t e m ,   v o l .   2 4 ,   n o .   7 ,   1 3 6 6 - 1 3 7 9 ,   2 0 1 3 .   [ 9 ]   B e l o g l a z o v ,   A n t o n ,   a n d   R a j k u m a r   B u y y a .   " O p t i m a l   O n l i n e   D e t e r m i n i s t i c   A l g o r i t h m s   a n d   A d a p t i v e   H e u r i s t i c s   f o r   E n e r g y   a n d   P e r f o r m a n c e   E f f i c i e n t   D y n a m i c   C o n s o l i d a t i o n   o f   V i r t u a l   M a c h i n e s   i n   C l o u d   D a t a   C e n t e r s . "   C o n c u r r e n c y   a n d   C o m p u t a t i o n :   P r a c t i c e   a n d   E x p e r i e n c e ,   v o l .   2 4 ,   n o .   1 3   p p .   1 3 9 7 - 1 4 2 0 ,   2 0 1 2 .   [ 1 0 ]   B e l o g l a z o v ,   A n t o n ,   a n d   R a j k u m a r   B u y y a ,   " A d a p t i v e   T h r e s h o l d - B a s e d   A p p r o a c h   f o r   E n e r g y - E f f i c i e n t   C o n s o l i d a t i o n   o f   V i r t u a l   M a c h i n e s   i n   C l o u d   D a t a   C e n t e r s , "   P r o c e e d i n g s   o f   t h e   8 t h   I n t e r n a t i o n a l   W o r k s h o p   o n   M i d d l e w a r e   f o r   G r i d s ,   C l o u d s   a n d   e - S c i e n c e .   V o l .   4 ,   A C M ,   2 0 1 0 .   [ 1 1 ]   W u ,   Y o n g q i a n g ,   M a o l i n   T a n g ,   a n d   W a r r e n   F r a s e r .   " A   S i m u l a t e d   A n n e a l i n g   A l g o r i t h m   f o r   E n e r g y   E f f i c i e n t   V i r t u a l   M a c h i n e   P l a c e m e n t . "   2 0 1 2   I E E E   I n t e r n a t i o n a l   C o n f e r e n c e   o n   S y s t e m s ,   M a n ,   a n d   C y b e r n e t i c s   ( S M C ) ,   I E E E ,   2 0 1 2 .   [ 1 2 ]   J e y a r a n i ,   R a j a r a t h i n a m ,   N .   N a g a v e n i ,   a n d   R .   V a s a n t h   R a m .   " D e s i g n   a n d   I m p l e m e n t a t i o n   o f   A d a p t i v e   P o w e r - A w a r e   V i r t u a l   M a c h i n e   P r o v i s i o n e r   ( A P A - V M P )   U s i n g   S w a r m   I n t e l l i g e n c e . "   F u t u r e   G e n e r a t i o n   C o m p u t e r   S y s t e m s ,   v o l .   2 8 ,   n o .   5 ,   8 1 1 - 8 2 1 ,   2 0 1 2 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.