I n t e r n a t i o n a l   J o u r n a l   o f   A d v a n c e s   i n   A p p l i e d   S c i e n c e s   ( I J A A S )   V o l .   8 ,   N o .   3 ,   S e p t e m b e r   2 0 1 9 ,   p p .   1 8 4 ~ 1 9 4   I S S N :   2 2 5 2 - 8 8 1 4 ,   D O I :   1 0 . 1 1 5 9 1 / i j a a s . v 8 . i 3 . p p 1 8 4 - 1 9 4             1 8 4       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 / o n l i n e / i n d e x . p h p / I J A A S   C a c h e   o p t i m i z a t i o n   c l o u d   s c h e d u l i n g   ( C O C S )   a l g o r i t h m   b a s e d   o n   l a s t   l e v e l   c a c h e s       K .   V i n o d   K u m a r ,   R a n v i j a y   D e p a r t m e n t   o f   C o m p u t e r   S c i e n c e   a n d   E n g i n e e r i n g ,   M o t i l a l   N e h r u   N a t i o n a l   I n s t i t u t e   o f   T e c h n o l o g y ,   I n d i a       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 p r   2 3 ,   2 0 1 9   R e v i s e d   J u n   1 8 ,   2 0 1 9   A c c e p t e d   J u l   3 ,   2 0 1 9       R e c e n t l y ,   t h e   u t i l i z a t i o n   o f   c l o u d   s e r v i c e s   l i k e   s t o r a g e ,   v a r i o u s   s o f t w a r e ,   n e t w o r k i n g   r e s o u r c e s   h a s   e x t r e m e l y   e n h a n c e d   d u e   t o   w i d e s p r e a d   d e m a n d   o f   t h e s e   c l o u d   s e r v i c e s   a l l   o v e r   t h e   w o r l d .   O n   t h e   o t h e r   h a n d ,   i t   r e q u i r e s   h u g e   a m o u n t   o f   s t o r a g e   a n d   r e s o u r c e   m a n a g e m e n t   t o   a c c u r a t e l y   c o p e   u p   w i t h   e v e r - i n c r e a s i n g   d e m a n d .   T h e   h i g h   d e m a n d   o f   t h e s e   c l o u d   s e r v i c e s   c a n   l e a d   t o   h i g h   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   t h e s e   c l o u d   c e n t e r s .   T h e r e f o r e ,   t o   e l i m i n a t e   t h e s e   d r a w b a c k s   a n d   i m p r o v e   e n e r g y   c o n s u m p t i o n   a n d   s t o r a g e   e n h a n c e m e n t   i n   r e a l   t i m e   f o r   c l o u d   c o m p u t i n g   d e v i c e s ,   w e   h a v e   p r e s e n t e d   C a c h e   O p t i m i z a t i o n   C l o u d   S c h e d u l i n g   ( C O C S )   A l g o r i t h m   B a s e d   o n   L a s t   L e v e l   C a c h e s   t o   e n s u r e   h i g h   c a c h e   m e m o r y   O p t i m i z a t i o n   a n d   t o   e n h a n c e   t h e   p r o c e s s i n g   s p e e d   o f   I / O   s u b s y s t e m   i n   a   c l o u d   c o m p u t i n g   e n v i r o n m e n t   w h i c h   r e l y   u p o n   D y n a m i c   V o l t a g e   a n d   F r e q u e n c y   S c a l i n g   ( D V F S ) .   T h e   p r o p o s e d   C O C S   t e c h n i q u e   h e l p s   t o   r e d u c e   l a s t   l e v e l   c a c h e   f a i l u r e s   a n d   t h e   l a t e n c i e s   o f   a v e r a g e   m e m o r y   i n   c l o u d   c o m p u t i n g   m u l t i - p r o c e s s o r   d e v i c e s .   T h i s   p r o p o s e d   C O C S   t e c h n i q u e   p r o v i d e s   a n   e f f i c i e n t   m a t h e m a t i c a l   m o d e l l i n g   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 .   W e   h a v e   t e s t e d   o u r   e x p e r i m e n t   o n   C y b e r s h a k e   s c i e n t i f i c   d a t a s e t   a n d   t h e   e x p e r i m e n t a l   r e s u l t s   a r e   c o m p a r e d   w i t h   d i f f e r e n t   c o n v e n t i o n a l   t e c h n i q u e s   i n   t e r m s   o f   t i m e   t a k e n   t o   a c c o m p l i s h   t a s k ,   p o w e r   c o n s u m e d   i n   t h e   V M s   a n d   a v e r a g e   p o w e r   r e q u i r e d   t o   h a n d l e   t a s k s .   K e y w o r d s :   C l o u d   c o m p u t i n g   D y n a m i c   v o l t a g e   a n d     f r e q u e n c y   s c a l i n g   E n e r g y   c o n s u m p t i o n   L a s t   l e v e l   c a c h e   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 :   K .   V i n o d   K u m a r ,     D e p a r t m e n t   o f   C o m p u t e r   S c i e n c e   a n d   E n g i n e e r i n g ,   M o t i l a l   N e h r u   N a t i o n a l   I n s t i t u t e   o f   T e c h n o l o g y ,   A l l a h a b a d ,   2 1 1 0 0 4 - I n d i a .   E m a i l :   v i n o d k g p t @ g m a i l . c o m       1 .   I N T R O D U C T I O N   I n   t h e   f i e l d   o f   n e x t   u p c o m i n g   g e n e r a t i o n   o f   c o m p u t i n g   p l a t f o r m ,   t h e   a p p l i c a t i o n   o f   b i g   d a t a   i s   m o s t   e m e r g i n g   a p p l i c a t i o n   b e c a u s e   t h e r e   i s   a   h u g e   i n c r e m e n t   i n   t h e   c r e a t i o n   o f   d a t a   a n d   t h e   s t o r a g e   s p a c e .   A s   p e r   t h e   r e s e a r c h   d o n e   i n   2 0 1 2 ,   t h e   e v e r - l a s t i n g   i n c r e m e n t   o f   d a t a   h a s   c o n v e r t e d   a   p a r t i c u l a r   d a t a s e t   o f   f e w   t e r a b y t e s   d a t a   t o   t h e   s e v e r a l   p e t a b y t e s   [ 1 ] .   T h e   s e v e r a l   f e a t u r e s   l i k e   l a r g e   c a p a c i t y ,   b u l k y   d i s t r i b u t e d   d a t a s e t s   a n d   h i g h   v e l o c i t y   i s   m a i n l y   c o n s i d e r e d   i n   t h e   a p p l i c a t i o n s   o f   B i g   D a t a   w h i c h   r e q u i r e s   t h e   d i v e r s e   p r o c e s s i n g   s c h e m e s   s u c h   t h a t   o p t i m i z a t i o n   s t r a t e g i e s   a n d   a n   a c c u r a t e   d e c i s i o n   m a k i n g   c a n   b e   e n a b l e d   [ 2 ] .   I n   a c t u a l   w o r l d   a   h u g e   a m o u n t   o f   d a t a   i s   g e n e r a t e d   i n   m a n y   f i e l d s   l i k e   m e d i c a l ,   s u r f i n g   o n   i n t e r n e t ,   t e l e c o m m u n i c a t i o n ,   p h a r m a c e u t i c a l ,   t e c h n o l o g y   o f   i n f o r m a t i o n   a n d   t h e   b u s i n e s s .   M o r e o v e r ,   i n   r e c e n t   t i m e ,   c l o u d   c o m p u t i n g   a p p l i c a t i o n s   h a s   t a k e n   i m m e n s e   r i s e   i n   r e a l   w o r l d   d u e   t o   i t s   v a r i o u s   f a c i l i t i e s   p r o v i d e d   b y   t h e   c l o u d   p r o v i d e r s   l i k e   ‘ p a y - a s - y o u - g o ’   s c h e m e ,   m a s s i v e   p r o m o t i o n s ,   e a s y   t o   u s e ,   l a r g e   c o n n e c t i v i t y   w i t h   m a s s i v e   n u m b e r   o f   s u b s c r i b e r s .   A n   a p p l i c a t i o n   o f   t h e   c l o u d   c o m p u t i n g   i s   d i s t r i b u t e d   t y p e   a p p l i c a t i o n   w h i c h   a l l o w s   t h e   u s e r   t o   p r o v i d e   t h e   s e r v i c e s   a s   p e r   t h e r e   d e m a n d   t h r o u g h   t h e   i n t e r n e t   [ 3 ] .   T h e   m a i n   r e a s o n   f o r   t h e   d r a s t i c   g r o w t h   o f   c l o u d   c o m p u t i n g   i s   b e c a u s e   i t s   a p p l i c a t i o n   s a v e s   h u g e   a m o u n t   o f   c o m p u t a t i o n a l   t i m e   a n d   c a p a c i t y   r e q u i r e d   f o r   s t o r i n g   t h e   d a t a   a n d   a l s o   f o r   a c c e s s i n g   t h e   s e v e r a l   r e s o u r c e s .   T h e   d i f f e r e n t   r e s o u r c e s   w h i c h   a r e   p r o v i d e d   b y   t h e   c l o u d   p r o v i d e r s   ( i . e .   a m a z o n ,   M i c r o s o f t   e t c . )   a r e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t .   J .   o f   A d v .   i n   A p p l .   S c i .   I S S N :   2 2 5 2 - 8 8 1 4       C a c h e   o p t i m i z a t i o n   c l o u d   s c h e d u l i n g   ( C O C S )   a l g o r i t h m   b a s e d   o n   l a s t   l e v e l   c a c h e s   ( K .   V i n o d   K u m a r )   1 8 5 a v a i l a b l e   i n   t h e   f o r m   o f   V M s   ( v i r t u a l   m a c h i n e s )   w i t h i n   I n f r a s t r u c t u r e - a s - a - S e r v i c e   ( I a a S )   m o d e l   [ 4 ] .   I n   a   c l o u d   c o m p u t i n g   e n v i r o n m e n t ,   t h e   t i m e   r e q u i r e d   t o   e x e c u t e   a n y   o f   t h e   o p e r a t i o n s   o n   t h e   v i r t u a l   m a c h i n e s   i s   c l e a r l y   r e l i e d   u p o n   t h e   n u m b e r   o f   i n s t r u c t i o n s   h a n d l e d   b y     w h i c h   i s   i n   s o m e   m i l l i o n s   a n d   p r o c e s s i n g   p o w e r   w h i c h   i s   i n   m i l l i o n   i n s t r u c t i o n s   p e r   s e c o n d   p e r   c o r e .   H o w e v e r ,   t h e   e x e c u t i o n   t i m e   i s   a l s o   d e p e n d e n t   o n   t h e   c r i t i c a l i t y   l e v e l s   o f   v a r i o u s   f u n c t i o n s   a s   i t   c a n   b e   v a r i e d   f o r   e v e r y   f u n c t i o n .   T h u s ,   a n   e f f i c i e n t   s c h e d u l i n g   i s   h i g h l y   a p p r e c i a t e d   t o   e x e c u t e   m i l l i o n s   o f   i n s t r u c t i o n s   a t   a   t i m e   i n   a   c l o u d   e n v i r o n m e n t .   T h e r e f o r e ,   a n   e f f i c i e n t   t a s k   s c h e d u l i n g   c a n   b e   u t i l i z e d   t o   r e d u c e   t h e   p r o c e s s i n g   t i m e   i n   n u m e r o u s   f u n c t i o n s   o f   c l o u d   c o m p u t i n g   e n v i r o n m e n t .     F u r t h e r m o r e ,   v a r i o u s   a d a p t i v e   c o n t r o l   m e t h o d s   l i k e   d y n a m i c   v o l t a g e   a n d   f r e q u e n c y   s c a l i n g   ( ) ,   d y n a m i c   s p e e d   s c a l i n g   ( )   a n d   d y n a m i c   f r e q u e n c y   s c a l i n g   ( )   a r e   i n t r o d u c e d   b y   d i f f e r e n t   r e s e a r c h e r s   i n   r e c e n t   t i m e   t o   c o n s e r v e   e n e r g y   a n d   s h i e l d   e n v i r o n m e n t .   D y n a m i c   v o l t a g e   a n d   f r e q u e n c y   s c a l i n g   ( )   i s   o n e   o f   t h e   m o s t   p r o m i s i n g   t e c h n o l o g y   w h i c h   c a n   a d a p t i v e l y   o p t i m i z e   p o w e r   b y   s c a l i n g   f r e q u e n c y   a n d   v o l t a g e .   O t h e r   e n e r g y   o p t i m i z a t i o n   t e c h n o l o g i e s   w h i c h   a r e   a v a i l a b l e   i n   t h e   m a r k e t   a r e   l i k e   ,     a n d   .   A l l   t h e s e   t e c h n i q u e s   p r o v i d e   e n e r g y - c o n s e r v i n g   s c h e d u l i n g   b y   d i m i n i s h i n g   t h e   s u p p l y   f r e q u e n c y   a n d   v o l t a g e   o f   t h e   c l o u d   c o m p u t i n g   e n v i r o n m e n t   w h e n   n u m e r o u s   j o b s   a r e   p r o c e s s i n g   a d a p t i v e l y   [ 5 - 8 ] .   C u r r e n t l y ,   v a r i o u s   c h i p   m a n u f a c t u r i n g   c o m p a n i e s   p r o v i d e   b u i l t - i n - p r o c e s s o r s   i n   i n t e g r a t i o n   w i t h     t e c h n o l o g i e s   t o   s p e e d   u p   p e r f o r m a n c e   o f   t h e i r   n e t w o r k   a n d   r e d u c e   p o w e r   c o n s u m p t i o n   i n   v a r i o u s   c l o u d   c o m p u t i n g   s y s t e m s   l i k e   I n t e l   u t i l i z e s   I n t e l   S p e e d S t e p   p r o c e s s o r   [ 9 ] ,     u t i l i z e s   i n t e l l i g e n t   e n e r g y   m a n a g e r   [ 1 0 ]   a n d     c o m p a n y   u s e s   P o w e r   N o w   p r o c e s s o r s .   T h e   p r o c e s s o r s   w h i c h   w o r k s   o n   h i g h e r   f r e q u e n c i e s   c a n   p r o v i d e   d e c e n t   p e r f o r m a n c e .   H o w e v e r ,   a t   t h e   s a m e   t i m e ,   t h e y   c o n s u m e   i m m e n s e   a m o u n t   o f   e n e r g y   i n   c l o u d   c o m p u t i n g   e n v i r o n m e n t .   T h u s ,   t o   e n s u r e   h i g h   p e r f o r m a n c e   a n d   l o w e r   e n e r g y   c o n s u m p t i o n ,     i s   t h e   m o s t   s u i t a b l e   t e c h n i q u e   c u r r e n t l y .   T h e   e n e r g y   c a n   b e   c o n s e r v e d   i n   t h e   c l o u d   c o m p u t i n g   d e v i c e s   i n   t w o   w a y s   s u c h   a s   b y   s c a l i n g   v o l t a g e   a n d   f r e q u e n c y   e i t h e r   a t   t a s k   s l a c k   p e r i o d   o r   w h i l e   p r o c e s s i n g   e x t e r n a l   p e r i p h e r a l s .   T h e r e f o r e ,   a   h u g e   a m o u n t   o f   e n e r g y   c a n   b e   c o n s e r v e d   u s i n g     t e c h n o l o g i e s .     T h u s ,   n u m e r o u s   r e s e a r c h e r s   a r e   c o n c e r n e d   a b o u t   t h e   l a c k   o f   e n e r g y   c o n s e r v a t i o n   i n   c l o u d   c o m p u t i n g   e n v i r o n m e n t   a n d   h e n c e   n u m e r o u s   p o w e r   e f f i c i e n t   t e c h n o l o g i e s   a r e   i n t r o d u c e d   b y   d i f f e r e n t   r e s e a r c h e r s   t o   p r o t e c t   e n v i r o n m e n t   b y   e n o r m o u s   a m o u n t   o f   p o w e r   d i s s i p a t i o n   a n d   e n h a n c e   t h e   p e r f o r m a n c e   o f   t h e   e n v i r o n m e n t .   H o w e v e r ,   t h e s e   p o w e r   e f f i c i e n t   t e c h n o l o g i e s   r e q u i r e   e n o r m o u s   a m o u n t   o f   i n t e r a c t i o n   c o s t   b e t w e e n   i n t e r - p r o c e s s o r s .   M o r e o v e r ,   t h e s e   t e c h n o l o g i e s   p r o v i d e   i n s u f f i c i e n t   r e s u l t s   a n d   e n e r g y   c o n s u m p t i o n   o f   c l o u d   c o m p u t i n g   d e v i c e s   c a n n o t   b e   r e d u c e d   m o r e   d u e   t o   e n o r m o u s   a m o u n t   o f   m e m o r y   u t i l i z a t i o n .   F u r t h e r m o r e ,   c a c h e   m e m o r y   o p t i m i z a t i o n   i s   a n   e s s e n t i a l   f a c t o r   t o   r e d u c e   f u r t h e r   e n e r g y   c o n s u m p t i o n   i n   t h e   c l o u d   c o m p u t i n g   e n v i r o n m e n t .   I n   r e c e n t   y e a r s ,   t h e   s p e e d   o f   c l o u d   c o m p u t i n g   p r o c e s s o r s   a n d   d e n s i t y   o f   m a i n   m e m o r y   h a s   t a k e n   i m m e n s e   g r o w t h   a s   w e l l   a s   t h e   u t i l i z a t i o n   o f   I / O   s u b - s y s t e m s   h a s   e x t r e m e l y   e n h a n c e d .   S p e c i f i c a l l y ,   t h e   g r o w t h   o f   I / O   s u b s y s t e m s   i n   t h e   a p p l i c a t i o n s   l i k e   m u l t i m e d i a   a n d   n e t w o r k i n g   h a s   f u r t h e r   e n h a n c e d   t h e   d e m a n d   o f   s t o r a g e   c a p a c i t y .   E v e n   t h o u g h   t h e   p r o c e s s i n g   s p e e d   o f   I / O   m e m o r y   s u b - s y s t e m s   i s   h i g h l y   e n h a n c e d ,   i t   c a n n o t   f u l f i l l   t h e   d e m a n d   o f   c o m p u t e r   s u b - s y s t e m s .   T h e r e f o r e ,   s t o r a g e   s u b - s y s t e m s   a r e   t h e   o n e   o f   t h e   p e r f o r m a n c e s   l i m i t i n g   f a c t o r   a n d   e v e n   c a n   b e   a   r e a s o n   f o r   h i g h   e n e r g y   c o n s u m p t i o n   i n   c l o u d   c o m p u t i n g   e n v i r o n m e n t .   T h e r e f o r e ,   t o   r e d u c e   e n e r g y   c o n s u m p t i o n   a n d   e n h a n c e   p e r f o r m a n c e   o f   I / O   s u b - s y s t e m s   i n   c l o u d   c o m p u t i n g   e n v i r o n m e n t ,   t h e   o p t i m i z a t i o n   o f   c a c h e   i s   a n   e s s e n t i a l   f a c t o r .     F u r t h e r m o r e ,   t h e   s t o r a g e   d e v i c e s   i n   w h i c h   c a c h e   m e m o r y   i s   u t i l i z e d   a r e   t e r m e d   a s   f a s t   s t o r a g e   s u b - s y s t e m s .   H o w e v e r ,   t h e   c a p a c i t y   o f   t h e s e   f a s t   s t o r a g e   s u b - s y s t e m s   i s   l i m i t e d   a n d   h e n c e ,   r e p l a c e   m e t h o d s   s h o u l d   b e   u t i l i z e d   t o   e n h a n c e   t h e   e f f i c i e n c y   o f   s t o r a g e   d e v i c e s   a n d   c a c h e   m e m o r y .   M o r e o v e r ,   s o m e   o f   t h e   w e l l - k n o w n   c a c h e   r e p l a c e   a l g o r i t h m s   u t i l i z e s   ,       a n d   t h e i r   r e l e v a n t   t e c h n o l o g i e s .   T h e   c a c h e   h i t   r a t i o   i s   u t i l i z e d   t o   e n h a n c e   t h e   p e r f o r m a n c e   o f   c l o u d   c o m p u t i n g   e n v i r o n m e n t   w h i c h   r e l y   u p o n   t h e   i n f o r m a t i o n   r e f e r e n c e   c o n f i n e d i t y .   T h e   p e r f o r m a n c e   o f   I / O   s u b s y s t e m   i s   c l e a r l y   d e p e n d i n g   o n   t h e   p r o c e s s i n g   s p e e d   o f   s t o r a g e   s u b - s y s t e m s   w h i c h   n e e d   t o   b e   s i m i l a r   i n   a l l   t h e   s t o r a g e   d e v i c e s .   H o w e v e r ,   t h i s   o f t e n   d o e s   n o t   h a p p e n   a s   t h e   p r o c e s s i n g   s p e e d   o f   s t o r a g e   d e v i c e s   v a r i e s   s y s t e m   t o   s y s t e m .   T h e r e f o r e ,   t h e r e   i s   a   n e e d   o f   a   t e c h n i q u e ,   w h i c h   m a i n t a i n s   t h e   c a c h e   h i t   r a t i o   a n d   e n h a n c e   t h e   a c c e s s i n g   s p e e d   o f   t h e   n e t w o r k   b y   o p t i m i z i n g   c a c h e   m e m o r y .   M o r e o v e r ,   e n e r g y   c o n s u m p t i o n   a n d   h i g h e r   m e m o r y   u t i l i z a t i o n   c a n   b e   m i n i m i z e d   b y   r e d u c i n g   t h e   t r a f f i c   o n   s h a r e d   c a c h e   m e m o r i e s   a n d   m e m o r y   h a n d l e r s .   T h e   a d d i t i o n a l   e n e r g y   c o n s u m p t i o n   a n d   s l o w e r   p r o c e s s i n g   i n   t h e   c l o u d   c o m p u t i n g   e n v i r o n m e n t   i s   d u e   t o   m i s s i n g   o f   l a s t   l e v e l   c a c h e s   ( )   o n   s h a r e d   s t o r a g e   s u b - s y s t e m s .     T h e r e f o r e ,   t h e s e   p r o b l e m s   n e e d   t o   b e   f o c u s e d   s o o n   s o   t h a t   t h e   p e r f o r m a n c e   a n d   m e m o r y   c a p a c i t y   o f   c l o u d   c o m p u t i n g   d e v i c e s   g e t   e n h a n c e d .   T h u s ,   h e r e ,   w e   h a v e   a d o p t e d   a   C a c h e   O p t i m i z a t i o n   C l o u d   S c h e d u l i n g   ( )   A l g o r i t h m   B a s e d   o n   L a s t   L e v e l   C a c h e s   t o   e n s u r e   h i g h   c a c h e   m e m o r y   O p t i m i z a t i o n   a n d   t o   e n h a n c e   t h e   p r o c e s s i n g   s p e e d   o f   I / O   s u b s y s t e m   i n   a   c l o u d   c o m p u t i n g   e n v i r o n m e n t   w h i c h   r e l y   u p o n   D y n a m i c   V o l t a g e   a n d   F r e q u e n c y   S c a l i n g   ( ) .   T h e   p r o p o s e d   c a c h e   O p t i m i z a t i o n   t e c h n i q u e   h e l p s   t o   m i n i m i z e   t h e   m i s m a n a g e m e n t   o f   l a s t   l e v e l   c a c h e s   a n d   t o   i d e n t i f y   t h e   b e h a v i o r s   o f   c a c h e   p a t t e r n s .   T h i s   t e c h n i q u e   d e c r e a s e s   c o n g e s t i o n   o n   s h a r e d   c a c h e   m e m o r i e s   a n d   r e l o c a t e s   m e m o r y   s u b - s y s t e m s   d y n a m i c a l l y .   T h e   m e m o r y   c a p a c i t y   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2 2 5 2 - 8 8 1 4   I n t .   J .   o f   A d v .   i n   A p p l .   S c i .   V o l .   8 ,   N o .   3 ,   S e p t e m b e r   2 0 1 9 :     1 8 4   –   1 9 4   1 8 6 o f   c l o u d   c o m p u t i n g   e n v i r o n m e n t   c a n   b e   e n h a n c e d   b y   s h a r i n g   c a c h e s   b e t w e e n   c o r e s   d y n a m i c a l l y .   T h e   e x p e r i m e n t a l   o u t c o m e s   v e r i f y   t h a t   t h e   p r o p o s e d   C a c h e   O p t i m i z a t i o n   C l o u d   S c h e d u l i n g   ( )   A l g o r i t h m   c a n   p r o v i d e   h i g h e r   p e r f o r m a n c e   i n   t e r m s   o f   e n e r g y   c o n s u m p t i o n ,   m e m o r y   c a p a c i t y   a n d   e f f i c i e n c y   i n   c l o u d   c o m p u t i n g   e n v i r o n m e n t   e v e n   i n   t h e   w o r s t - c a s e   s c e n a r i o s .     T h i s   p a p e r   i s   p r e s e n t e d   i n   f o l l o w i n g   s e c t i o n s   w h i c h   a r e   a s   f o l l o w s .   I n   s e c t i o n   2 ,   w e   d e s c r i b e   a b o u t   t h e   r e l a t e d   w o r k   t o   c a c h e   m e m o r y   a n d   t h e i r   i m p o r t a n c e   a n d   d r a w b a c k s   i n   e x i s t i n g   t e c h n i q u e s   a n d   i n   s e c t i o n   3 ,   w e   d e s c r i b e d   o u r   p r o p o s e d   C a c h e   O p t i m i z a t i o n   C l o u d   S c h e d u l i n g   ( )   m e t h o d o l o g y .   I n   s e c t i o n   4 ,   e x p e r i m e n t a l   r e s u l t s   a n d   e v a l u a t i o n   s h o w n   a n d   s e c t i o n   5   c o n c l u d e s   o u r   p a p e r .       2 .   R E L A T E D   W O R K   I n   r e c e n t   y e a r s ,   t h e   c o n c e r n s   r e l a t e d   t o   e n o r m o u s   m e m o r y   u t i l i z a t i o n   a n d   p e r f o r m a n c e   i n   c l o u d   c o m p u t i n g   e n v i r o n m e n t   h a v e   t a k e n   i m m e n s e   g r o w t h .   T h u s ,   p e r f o r m a n c e   e n h a n c e m e n t   a n d   p r o p e r   m a n a g e m e n t   o f   s t o r a g e   s u b - s y s t e m s   i s   h i g h l y   c r i t i c a l   n e e d .   M o r e o v e r ,   t o   e n h a n c e   t h e   s t o r a g e   i n   c l o u d   c o m p u t i n g   e n v i r o n m e n t ,   t h e   o p t i m i z a t i o n   o f   c a c h e   m e m o r y .   T h e r e f o r e ,   a   w i d e s p r e a d   l i t e r a t u r e   s u r v e y   i s   i n t r o d u c e d   o n   p r o p e r   u t i l i z a t i o n   o f   s t o r a g e   s u b - s y s t e m s   a n d   e n e r g y   a w a r e   s c h e d u l i n g   a l g o r i t h m s   a n d   t h e i r   l i n k   w i t h     i n   a   m u l t i - c o r e   h e t e r o g e n e o u s   c l o u d   c o m p u t i n g   e n v i r o n m e n t .     I n   [ 1 1 ] ,   a n   a l g o r i t h m   f o r   t h e   e f f i c i e n t   m a n a g e m e n t   o f   s h a r e d   c a c h e s   a n d   t h e i r   e f f e c t i v e   p a r t i t i o n i n g   i s   p r e s e n t e d   t o   r e d u c e   t h e   a c c e s s i n g   o f   m a i n   m e m o r y   i n   c l o u d   c o m p u t i n g   e n v i r o n m e n t .   T h i s   t e c h n i q u e   h e l p s   t o   m i n i m i z e   t h e   a r i t h m e t i c   a n d   a d d r e s s i n g   o p e r a t i o n s .   T h e   a r c h i t e c t u r e   o f   l a s t   l e v e l   c a c h e   i s   i n t r o d u c e d   t o   r e d u c e   l o o p   t i l i n g   p r o b l e m s .   H o w e v e r ,   t h e   b a l a n c i n g   o f   e n e r g y   c o n s u m p t i o n   a n d   p e r f o r m a n c e   i s   a   c h a l l e n g i n g   t a s k .   I n   [ 1 2 ] ,   a   c a c h e   e n e r g y   O p t i m i z a t i o n   t e c h n i q u e   i s   i n t r o d u c e d   b y   i n t e r c h a n g i n g   f r o m   h i g h   s p e e d   L I   c a c h e   t o   L 1   l o w   s p e e d   c a c h e   u s i n g   t h e   D V F S   a p p l i c a t i o n .   T h i s   m o d e l   p r o v i d e s   a   c a c h e   h i e r a r c h y   t o   m o d e l   a   l o w - p o w e r   c a c h e   a l g o r i t h m .   T h i s   m e t h o d   h e l p s   t o   r e d u c e   c o n g e s t i o n   a n d   a l s o   d e c r e a s e   e x t r a   l a t e n c y   o f   m a i n   m e m o r y .   H o w e v e r ,   a   p r o p e r   c a c h e   s w i t c h i n g   m o d e l l i n g   i s   r e q u i r e d   t o   u t i l i z e   t h i s   t e c h n i q u e   i n   r e a l   t i m e .   I n   [ 1 3 ] ,   a n   e f f i c i e n t   c a c h e   a r c h i t e c t u r e   i s   p r e s e n t e d   f o r   D V F S - e n a b l e d   d e v i c e s   t o p   r e d u c e   t h e   c a c h e   o v e r h e a d   i n   t h e   c l o u d   c o m p u t i n g   e n v i r o n m e n t .   T h i s   t e c h n i q u e   i s   c a p a b l e   o f   h a n d l i n g   f a u l t s   b y   c h a n g i n g   a s s o c i a t i v i t y   a d a p t i v e l y   i n   t h e   n e t w o r k .   T h i s   t e c h n i q u e   a l s o   h e l p s   t o   e l i m i n a t e   r e d u n d a n t   i n f o r m a t i o n   p r e s e n t   i n   t h e   n e t w o r k .   I n   [ 1 4 ] ,   a n   e f f i c i e n t   c a c h i n g   t e c h n i q u e   i s   i n t r o d u c e d   t o   c o m p a r e   p e r f o r m a n c e   o f   t h e   n e t w o r k   w i t h   v a r i o u s   s t a t e - o f - a r t - t e c h n i q u e s .   T h e   s t a t i c   c a c h e   a n d   r e d i s   c a c h e   t e c h n i q u e   h e l p   t o   r e d u c e   c o n g e s t i o n   i n   t h e   c l o u d   c o m p u t i n g   n e t w o r k   a n d   t o   p r o v i d e   p r o p e r   r e s o u r c e   u t i l i z a t i o n .   I n   [ 1 5 ] ,   a n   a c c u r a t e   m e m o r y   f r e q u e n c y   s c a l i n g   s t r a t e g y   i s   i n t r o d u c e d   u s i n g   G r a p h i c s   P r o c e s s i n g   U n i t s   ( )   b a s e d   o n   d y n a m i c   v o l t a g e   a n d   f r e q u e n c y   s c a l i n g   ( )   t e c h n i q u e   t o   r e d u c e   e n e r g y   c o n s u m p t i o n   a n d   e n h a n c e   p e r f o r m a n c e   o f   t h e   n e t w o r k .   T h i s   s t r a t e g y   o p t i m i z e s   L 2   c a c h e ,   s h a r e d   m e m o r y   a n d   L 1   c a c h e   m e m o r y .   I n   [ 1 6 ] ,   v a r i o u s   c a c h e   b y p a s s i n g   m e t h o d s   a r e   i n t r o d u c e d   b a s e d   o n   C P U   a n d   G P U   c o r e s   a n d   c o m p a r e d   w i t h   e a c h   o t h e r .   T h i s   t e c h n i q u e   h e l p s   t o   e n h a n c e   t h e   c a p a c i t y   o f   c a c h e   m e m o r y   a n d   d e c r e a s e   e n e r g y   c o n s u m p t i o n   i n   l a r g e r   c a c h e s .   H o w e v e r ,   t h e   p r o b l e m s   l i k e   h i g h   c o n g e s t i o n   i n   t h e   n e t w o r k   a n d   m i s s   r a t e   c a n   b e   e n h a n c e d   w h i l e   u s i n g   c a c h e   b y - p a s s i n g   t e c h n i q u e s .   I n   [ 1 7 ] ,   a   c a c h e   b y - p a s s i n g   t e c h n i q u e   i s   p r e s e n t e d   f o r   v a r i o u s   m o b i l e   S O C s   w h i c h   a r e   c l o c k   d o m a i n   a n d     e n a b l e d .   T h i s   t e c h n i q u e   h e l p s   t o   e n h a n c e   p e r f o r m a n c e   o f   t h e   n e t w o r k   a n d   e n e r g y   c o n s e r v a t i o n   i n   - e n a b l e d   C P U s .   H e r e ,   l a s t   l e v e l   c a c h e s   a r e   d i r e c t l y   a c c e s s e d   t o   e n h a n c e   e n e r g y   c o n s e r v a t i o n   a n d   p e r f o r m a n c e   o f   t h e   s y s t e m .   I n   [ 1 8 ] ,   a   n o v e l   c a c h e   O p t i m i z a t i o n   t e c h n i q u e   i s   p r e s e n t e d   b a s e d   o n   D y n a m i c   v o l t a g e   a n d   f r e q u e n c y   s c a l i n g   t o   e n h a n c e   t h e   r e l i a b i l i t y   o f   t h e   c l o u d   c o m p u t i n g   n e t w o r k .   T h i s   t e c h n i q u e   h e l p s   t o   e n h a n c e   p e r f o r m a n c e   a n d   c a p a c i t y   o f   t h e   s y s t e m .   H o w e v e r ,   o v e r h e a d   o f   t h e   n e t w o r k   i s   v e r y   h i g h   u s i n g   t h i s   t e c h n i q u e .     V a r i o u s   r e s e a r c h e r s   h a v e   i n t r o d u c e d   d i f f e r e n t   c a c h e   m e m o r y   O p t i m i z a t i o n   t e c h n i q u e s   i n   a b o v e   l i t e r a t u r e s .   H o w e v e r ,   v e r y   f e w   m e t h o d s   c a n   b e   u t i l i z e d   i n   r e a l - t i m e   d u e   t o   v a r i o u s   p r o b l e m s   l i k e   h i g h   o v e r h e a d ,   h i g h   e n e r g y   c o n s u m p t i o n ,   s l o w e r   p e r f o r m a n c e   a n d   u n a b l e   t o   r e d u c e   c a c h e   m e m o r y   [ 1 1 ,   1 2 ,   1 4 ,   1 7 - 1 9 ] .   T h u s ,   w e   h a v e   a d o p t e d   a   C a c h e   O p t i m i z a t i o n   C l o u d   S c h e d u l i n g   ( )   A l g o r i t h m   B a s e d   o n   L a s t   L e v e l   C a c h e s   t o   e n s u r e   h i g h   c a c h e   m e m o r y   O p t i m i z a t i o n   a n d   t o   e n h a n c e   t h e   p r o c e s s i n g   s p e e d   o f   I / O   s u b s y s t e m   i n   a   c l o u d   c o m p u t i n g   e n v i r o n m e n t   b a s e d   o n   D y n a m i c   v o l t a g e   a n d   F r e q u e n c y   S c a l i n g   ( )   t e c h n i q u e .       3 .   P R O P O S E D   C A C H E   O P T I M I Z A T I O N   C L O U D   S C H E D U L I N G   ( C O C S )   A L G O R I T H M   M O D E L L I N G   T h i s   s e c t i o n   p r o v i d e s   d e t a i l e d   m o d e l l i n g   f o r   t h e   p r o p o s e d   C a c h e   O p t i m i z a t i o n   C l o u d   S c h e d u l i n g   ( )   t e c h n i q u e .   H e r e ,   w e   i n t r o d u c e   a   C a c h e   O p t i m i z a t i o n   C l o u d   S c h e d u l i n g   ( )   A l g o r i t h m   B a s e d   o n   L a s t   L e v e l   C a c h e s   t o   e n s u r e   h i g h   c a c h e   m e m o r y   O p t i m i z a t i o n   a n d   t o   e n h a n c e   t h e   p r o c e s s i n g   s p e e d   o f   I / O   s u b s y s t e m   i n   a   c l o u d   c o m p u t i n g   e n v i r o n m e n t   b a s e d   o n   D y n a m i c   v o l t a g e   a n d   F r e q u e n c y   S c a l i n g   ( )   t e c h n i q u e .   T h e   a r c h i t e c t u r e   o f   t h e   p r o p o s e d   C a c h e   O p t i m i z a t i o n   C l o u d   S c h e d u l i n g   ( )   t e c h n i q u e   i s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t .   J .   o f   A d v .   i n   A p p l .   S c i .   I S S N :   2 2 5 2 - 8 8 1 4       C a c h e   o p t i m i z a t i o n   c l o u d   s c h e d u l i n g   ( C O C S )   a l g o r i t h m   b a s e d   o n   l a s t   l e v e l   c a c h e s   ( K .   V i n o d   K u m a r )   1 8 7 p r e s e n t e d   i n   F i g u r e   1 .   H e r e ,   w e   p r o v i d e   e f f i c i e n t   m o d e l i n g   t o   r e d u c e   e n e r g y   c o n s u m p t i o n   a n d   e n h a n c e   c a p a c i t y   a n d   e f f i c i e n c y   o f   t h e   c l o u d   c o m p u t i n g   n e t w o r k .   T h e   p r o p o s e d   c a c h e   O p t i m i z a t i o n   t e c h n i q u e   m i g r a t e s   c l o u d   v i r t u a l   m a c h i n e s   t o   r e d u c e   t h e   f i n a l   L a s t   L e v e l   C a c h e   ( )   f a i l u r e s   i n   t h e   c l o u d   c o m p u t i n g   n e t w o r k .   T h i s   t e c h n i q u e   c o n t a i n s   c o n f i n e d   a n d   g e n e r a l i z e d   s c h e d u l i n g   s t a g e s .   H e r e ,   F i g u r e   1   d e m o n s t r a t e s   t h e   p r o p o s e d   c a c h e   O p t i m i z a t i o n   t e c h n i q u e   w h i c h   i d e n t i f i e s   t h e   b e h a v i o r   o f   v a r i o u s   c a c h e s   i n   e v e r y     f r o m   d i f f e r e n t   w o r k i n g   n o d e s   a n d   g a t h e r s   a l l   t h e   V M s   t o   d e c r e a s e   t h e   f i n a l   c a c h e   f a i l u r e s   a n d   t h e   l a t e n c i e s   o f   a v e r a g e   m e m o r y   i n   t h e   c l o u d   c o m p u t i n g   n e t w o r k .   F i g u r e   1   d e f i n e s   t h e   c o m p l e t e   a r c h i t e c t u r e   o f   t h e   p r o p o s e d     m o d e l .   I n   e a c h   w o r k i n g   n o d e ,     f a i l u r e s   a r e   c h e c k e d   t o   m e a s u r e   t h e   p e r f o r m a n c e   o f   t h e   s y s t e m .   T h e   m o n i t o r i n g   s y s t e m   m e a s u r e s   t h e     f a i l u r e s   p e r   V M   a n d   t r a n s f e r   i t   t o   t h e   c l o u d   c o m p u t i n g   s c h e d u l e r .   T h e   g e n e r a l i z e d   s c h e d u l i n g   i s   d e p e n d i n g   o n   t h e   s t a t u s   o f   V M s   f r o m   e a c h   n o d e .   T h e   p r o p o s e d     A l g o r i t h m   u t i l i z e s   t h e   m e a s u r e d   i n f o r m a t i o n   o f   c l o u d   c o m p u t i n g   V M s .   I n i t i a l l y ,   t h e     t e c h n i q u e   l o c a t e s   V M s   o n   w o r k i n g   n o d e s   w h i c h   t a k e s   C P U   a n d   m e m o r y   f o r   e v e r y   n o d e   t o   e n h a n c e   t h e   b e h a v i o r   o f   c a c h e   m e m o r i e s .           F i g u r e   1 .   A r c h i t e c t u r e   d i a g r a m   o f   p r o p o s e d   C a c h e   O p t i m i z a t i o n   C l o u d   S c h e d u l i n g   ( C O C S )   m o d e l       3 . 1 .     M o d e l i n g   o f   c a c h e - a w a r e   c l o u d   s c h e d u l i n g   T h i s   s e c t i o n   p r o v i d e s   a   d e t a i l e d   m o d e l i n g   f o r   p r o p o s e d   c a c h e - a w a r e   c l o u d   s c h e d u l i n g   t e c h n i q u e .   I n i t i a l l y ,   t h e   p r o p o s e d   c a c h e   O p t i m i z a t i o n   t e c h n i q u e s   t a k e s   c o n f l i c t s   o f   s h a r e d   c a c h e   m e m o r i e s .   T h e n ,   m i g r a t e s   c l o u d   v i r t u a l   m a c h i n e s   t o   r e d u c e   t h e   f i n a l   L a s t   L e v e l   C a c h e   ( )   f a i l u r e s   i n   t h e   c l o u d   c o m p u t i n g   n e t w o r k .   T h i s   t e c h n i q u e   c o n t a i n s   c o n f i n e d   a n d   g e n e r a l i z e d   s c h e d u l i n g   s t a g e s .   A l l   t h e   V M s   a r e   g a t h e r e d   t o g e t h e r   t o   a t   e a c h   w o r k i n g   n o d e   a n d   p l a n n e d   t o   d o m a i n s   o f   m u t u a l   c a c h e s .   T h e   o p t i m i z a t i o n   o f   V M s   i s   p r e s e n t e d   t o   e n h a n c e   t h e   n e t w o r k   b a n d w i d t h   a n d   n e t w o r k   c a p a c i t y .   T h e   c l o u d   s i m u l a t o r   s c h e d u l e r   i s   u t i l i z e d   t o   r e a l l o c a t e   V M s   a t   t h e   n o d e s   w h e r e     f a i l u r e s   i n   a   c o m p u t i n g   n e t w o r k   o f   g e n e r a l i z e d   s t a g e .   H e r e ,   A l g o r i t h m   1   i s   d e m o n s t r a t e d   i n   T a b l e   1   w h i c h   d e s c r i b e s   t h e   p r o p o s e d     A l g o r i t h m   b a s e d   o n   L a s t   l e v e l   c a c h e s .   T h i s   c a c h e   a w a r e   s c h e d u l i n g   a l g o r i t h m   d i s t r i b u t e d   i n t o   t w o   s t a g e s   l i k e   o n e   i s   c o n f i n e d   s t a g e   a n d   o t h e r   o n e   i s   g e n e r a l i z e d   s t a g e .   A l l   t h e   V M s   a t   e v e r y   w o r k i n g   n o d e s   a r e   c l a s s i f i e d   b y   L L C   f a i l u r e s   a n d   t h e n   g a t h e r e d   t o g e t h e r   a c c o r d i n g   t o   t h e i r   m i s s e d   l a s t   l e v e l   c a c h e s   i n   t h e   d o m a i n s   o f   s h a r e d   c a c h e s .   T h e   v i r t u a l   m a c h i n e s   w i t h   t h e   m o s t   L L C   f a i l u r e s   f i t   i n   g r o u p   1 ,   n e x t   V M   w i t h   m o s t     i n   g r o u p   2 .   S i m i l a r l y ,   t h e   v i r t u a l   m a c h i n e s   w i t h   t h e   l e a s t   L L C   f a i l u r e s   f i t s   i n   g r o u p   1   a n d   n e x t   V M   w i t h   l e a s t     i n   g r o u p   2 .   T h i s   s c h e m e   h e l p s   t o   a l l o c a t e   a l l   t h e   V M s   i n   e i t h e r   o f   t h e   g r o u p .     T h e   c l o u d   s c h e d u l e r   r e a l i z e s   t w o   t y p e s   o f   n o d e s   p r e s e n t   i n   t h e   c l o u d   c o m p u t i n g   n e t w o r k   s u c h   a s   n o d e   w i t h   h i g h e s t     f a i l u r e s   a n d   n o d e   w i t h   l e a s t     f a i l u r e s   i n   t h e   g e n e r a l i z e d   p h a s e .   I f   t h e   d i f f e r e n c e   b e t w e e n     f a i l u r e s   i s   m o r e   t h a n   t h r e s h o l d   v a l u e   t h e n   b o t h   t h e   V M s   a r e   s w a p p e d   u s i n g   c a c h e   o p t i m i z a t i o n   t e c h n i q u e .   T h e   c l o u d   s c h e d u l e r   p e r f o r m s   t w o - s t a g e   s c h e d u l i n g   p r o g r e s s i v e l y   b y   d e c r e a s i n g   t h e   f i n a l     f a i l u r e s   i n   a   c l o u d   c o m p u t i n g   n e t w o r k   a f t e r   a   r e g u l a r   i n t e r v a l   o f   t i m e .       A l g o r i t h m   1   C a c h e   O p t i m i z a t i o n   C l o u d   S c h e d u l i n g   ( C O C S ) A l g o r i t h m   S t e p   1 :   N _ L =   < n _ x 1 , … . , n _ x 2 >   / /   L L C   m i s s   o f   e v e r y   c o m p u t i n g   n o d e   S t e p   2 :   W _ L =   < w _ x 1 , … . , w _ x 2 >   / /   L L C   m i s s   o f   V M s   i n   e a c h   w o r k i n g   n o d e s   / /   c o n f i n e d   s t a g e   S t e p   3 :   f o r   e v e r y   w o r k i n g   n o d e   j   f r o m   1   t o   y   d o   / /   i d e n t i f y   L L C   f a i l u r e s   i n   f o r   e v e r y   V M   i n   w o r k i n g   n o d e   j   S t e p   4 :       ⇐   ( )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2 2 5 2 - 8 8 1 4   I n t .   J .   o f   A d v .   i n   A p p l .   S c i .   V o l .   8 ,   N o .   3 ,   S e p t e m b e r   2 0 1 9 :     1 8 4   –   1 9 4   1 8 8 S t e p   5 :       ⇐     / /   d i s p e r s e   V M s   w i t h   L L C   f a i l u r e s   S t e p   6 :   d i s p e r s e   ( )   S t e p   7 :   e n d   f o r   / /   G e n e r a l i z e d   s t a g e   / /   i d e n t i f y   w o r k i n g   n o d e s   w i t h   l a r g e s t   a n d   l e a s t   L L C   f a i l u r e s   S t e p   8 :   l a r g e N o d e   ⇐   ℎ   ( )   S t e p   9 :   l e a s t N o d e   ⇐   ℎ   ( )   / /   s e a r c h   V M s   w h i c h   c o n t a i n s   m a x i m u m   a n d   m i n i m u m   L L C   f a i l u r e s   S t e p   1 0 :   l a r g e V M   ⟸   ℎ   ( )   S t e p   1 1 :   l e a s t V M   ⇐   ℎ     ( )   S t e p   1 2 :   i f     <   ℂ −   ℂ   ℎ   S t e p   1 3 :   i n t e r c h a n g e   ( ,   )   S t e p   1 4 :   e n d   i f     3 . 2 .   M o d e l l i n g   f o r   m i n i m i z i n g   e n e r g y   c o n s u m p t i o n   u s i n g   C O C S   I n   t h i s   s e c t i o n   e f f i c i e n t   m a t h e m a t i c a l   m o d e l l i n g   i s   p r e s e n t e d   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   i n   m u l t i c o r e   c l o u d   c o m p u t i n g   s y s t e m s   u s i n g   p r o p o s e d   c a c h e   o p t i m i z a t i o n   c l o u d   s c h e d u l i n g   t e c h n i q u e .   T h i s   t e c h n i q u e   h e l p 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   i n   c l o u d   d e v i c e s   u s i n g   c a c h e   m i n i m i z a t i o n   c o n c e p t   b y   e l i m i n a t i n g   d y n a m i c   c o n s t r a i n e d   m i n i m i z a t i o n   p r o b l e m .   T h e   e n e r g y   c o n s u m p t i o n   ( )   o c c u r s   i n   a n y   m u l t i - c o r e   c l o u d   c o m p u t i n g   p r o c e s s o r   i s   e x p r e s s e d   a s     ( ) = ( ) ,   ( 1 )     W h e r e ,   ( )   r e p r e s e n t s   t h e   e n e r g y   c o n s u m p t i o n   i n   a   c l o u d   c o m p u t i n g   p r o c e s s o r   i n   t h e     m a n a g i n g   p e r i o d .   H e r e ,   ( )   r e p r e s e n t s   p o w e r   c o n s u m p t i o n   o f   a   c l o u d   c o m p u t i n g   m u l t i - c o r e   p r o c e s s o r   w h i c h   i s   l i n k e d   w i t h   b o t h   f r e q u e n c i e s   o f   t h e   c o r e     a n d   s i z e   o f   t h e   c u r r e n t   2   c a c h e   w h i c h   r e m a i n s   a   c o n s t a n t   f o r   t h e   f r e q u e n c i e s   o f   t h e   c o r e   ,   s i z e   o f   t h e   c u r r e n t   L 2   c a c h e   a n d   t a s k - l o a d   o f   t h e   s y s t e m   a n d   r e m a i n   u n c h a n g e d   t h r o u g h o u t   i n   e v e r y   m a n a g i n g   p e r i o d   w h e r e a s     i s   m a n a g i n g   p e r i o d   t o   r e l e a s e   m u l t i p l e   i l l u s t r a t i o n s   o f   e v e r y   t a s k   d u r i n g     m a n a g i n g   p e r i o d .   H e r e ,   ( )   r e p r e s e n t s   t h e   c o r e   ( )   u t i l i z a t i o n   i n   a     m a n a g i n g   p e r i o d   w h i c h   d e p e n d s   o n   t h e   s t a t i s t i c s   p r o d u c e d   b y   a n   o p e r a t i n g   s y s t e m .   H e r e ,   t h e   c l o u d   c o m p u t i n g   p r o c e s s o r   c o n s i s t s   o f   t w o   c a c h e   l e v e l s   L 1   a n d   L 2   w h i c h   a r e   s h a r e d   w i t h   h o m o g e n o u s   c o r e s   i n   m u l t i - c o r e   s h a r e d   a r c h i t e c t u r e .   I n   t h e   p r o p o s e d   m o d e l   e a c h   c l o u d   c o m p u t i n g   p r o c e s s o r s   s u p p o r t   D V F S - e n a b l e d   c o r e s   w h i c h   c o n s e r v e   h i g h   a m o u n t   o f   e n e r g y .   T h e   c a c h e   m e m o r y   i s   d i v i d e d   i n t o   v a r i o u s   t a s k s .   T h e   l e v e l   2   c a c h e   m e m o r y   d i v i d e r   c a n   b e   d e n o t e d   a s   ( )   f o r   a   c o r e   s i z e   .   T h e   m a x i m u m   c o r e   f r e q u e n c y   f o r   a   c o r e   s i z e     c a n   b e   e x p r e s s e d   a s   ↑ ( ) .   T h e n ,   e n e r g y   c o n s u m p t i o n   ( )   o f   t h e   c l o u d   c o m p u t i n g   m u l t i - c o r e   p r o c e s s o r   c a n   b e   e x p r e s s e d   a s     m i n ( ) |   , ( ) |   ∑ [ −   ( ) ] ,   ( 2 )     ( ) |   , ( ) |   ( )   ( 3 )     ↓ , ≤   ( )   ≤   ↑ ,   ℎ , ( 1 ≤ ≤ )   ( 4 )     ∑ ( )   ≤   ( 5 )     W h e r e ,     i s   a   U t i l i z a t i o n   p o i n t s   o f   s e t s   i n   w h i c h   =   [ , … … . , ]   f o r   a   f r e q u e n c y   r a n g e   o f   ↑ , ,   , ↓ ,   f o r   e v e r y   c o r e     a n d   o v e r a l l   s i z e   o f   L 2   c a c h e s   c l o u d   c o m p u t i n g   p r o c e s s o r s   i s   d e n o t e d   b y     w h e r e a s   { ( ) | 1   ≤ ≤   }   r e p r e s e n t s   t h e   s i z e   o f   c a c h e   m e m o r y   p a r t i t i o n   a n d   { ( ) | 1 ≤ ≤ }   d e n o t e s   t h e   f r e q u e n c y   o f   c o r e s   i n   a     m a n a g i n g   p e r i o d   t o   r e d u c e   t h e   d i f f e r e n c e   b e t w e e n   c o r e   u t i l i z a t i o n   ( )   a n d   U t i l i z a t i o n   p o i n t s   o f   s e t s   ( ) .   H e r e ,   t h e   ( 2 )   r e p r e s e n t s   t h e   l e a s t   e n e r g y   c o n s u m p t i o n   i n   a n y   c l o u d   c o m p u t i n g   m u l t i c o r e   p r o c e s s o r   d u e   t o   c o n s t a n t   p o w e r   g e n e r a t i o n   ( )   f o r   t h e     m a n a g i n g   p e r i o d .   H e r e ,   t h e   ( 3 )   r e p r e s e n t s   s h o w s   t h a t   t h e   f r e q u e n c y   o f   C P U   u s u a l l y   l i e s   i n   t h e   a c c e p t a b l e   r a n g e   f o r   e v e r y   c o r e   s u i n g   t h e   p r o p o s e d     t e c h n i q u e .   T h e   c h a n g e   i n   t h e   f r e q u e n c y   o f   a n y   c l o u d   c o m p u t i n g   d e v i c e   d e p e n d s   o n   t h e   p r o c e s s o r s   u t i l i z e d .   T h e   ( 4 )   r e p r e s e n t s   s u m m a t i o n   o f   e a c h   d i v i d e d   c a c h e   m e m o r y   w h i c h   i s   e q u i v a l e n t   t o   t h e   o v e r a l l   c a c h e   m e m o r y   o f   t h e   c l o u d   c o m p u t i n g   p r o c e s s o r .   F o r   e v e r y   c o r e   o f   t h e   p r o c e s s o r ,   t h e   d i f f e r e n c e   b e t w e e n   c o r e   u t i l i z a t i o n   ( )   a n d   U t i l i z a t i o n   p o i n t   o f   s e t s   ( )   i s   m i n i m i z e d   u s i n g   t h e   p r o p o s e d   c a c h e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t .   J .   o f   A d v .   i n   A p p l .   S c i .   I S S N :   2 2 5 2 - 8 8 1 4       C a c h e   o p t i m i z a t i o n   c l o u d   s c h e d u l i n g   ( C O C S )   a l g o r i t h m   b a s e d   o n   l a s t   l e v e l   c a c h e s   ( K .   V i n o d   K u m a r )   1 8 9 o p t i m i z a t i o n   t e c h n i q u e   b y   c h a n g i n g   s i z e   o f   c a c h e   p a r t i t i o n   a n d   f r e q u e n c y   o f   c o r e s .   H o w e v e r ,   t h e s e   p r o c e s s e s   d e c r e a s e   t h e   s p e e d   o f   t h e   c l o u d   c o m p u t i n g   p r o c e s s o r s .   T h e r e f o r e ,   t o   e n h a n c e   t h e   s p e e d   a n d   p e r f o r m a n c e   o f   t h e   s y s t e m   a   d y n a m i c   m o d e l   i s   i n t r o d u c e d   t o   m a i n t a i n   a   l i n k   b e t w e e n   m a n a g i n g   ( )   a n d   m a n i p u l a t e d   ( )   f a c t o r s   a n d   c o r e   f r e q u e n c y   ( )   i n   t h e     m a n a g i n g   p e r i o d .   I n i t i a l l y ,   f o r   a   c o r e   ,   t h e   p r o p o s e d   d y n a m i c   m o d e l   p r o v i d e s   a   l i n k   b e t w e e n   ( ) ,   t a s k   o p e r a t i n g   t i m e     a n d   b o t h   m a n i p u l a t e d   f a c t o r s   ( )   i n   t h e     m a n a g i n g   p e r i o d   a n d   ( ) .   T h e n ,   ( )   c a n   b e   o f   o p e r a t e s   i n   v a r i o u s   m a n n e r s   l i k e   f r e q u e n c y   d e p e n d e n t   a n d   i n d e p e n d e n t   s e g m e n t s   a n d   c a n   b e   r e p r e s e n t e d   a s     ( ) =   . ( ) +   ( ) ,   ( 6 )     W h e r e ,   . ( )   i s   a   s e g m e n t   w h i c h   r e l y   u p o n   f r e q u e n c y   w h e r e a s   ( )   r e p r e s e n t s   t h e   a   s e g m e n t   w h i c h   i s   i n d e p e n d e n t   o f   f r e q u e n c y   f o r   a n   o p e r a t i n g   t i m e     d u e   t o   o p e r a t i n g   s p e e d   o f   I / O   d e v i c e s   d o e s   n o t   r e l y   u p o n   t h e   f r e q u e n c i e s   o f   c o r e .   T h e s e   I / O   d e v i c e s   d o e s   n o t   p a r t i c i p a t e   a t   t h e   t i m e   o f   e x e c u t i n g   t a s k .   T h e n ,   t h e   r e s e r v e d   c a c h e   m e m o r y   f o r   a   t a s k   o p e r a t i n g   t i m e     i s   d e n o t e d   a s   ( )   w h i c h   d e f i n e s   a   s t r o n g   l i n k   b e t w e e n   s i z e   o f   c a c h e   m e m o r y   a n d   t h e   n u m b e r   o f   c a c h e   f a i l u r e s .   T h e n ,   a   l i n k   b e t w e e n   ( )   a n d   ( )   a n d   a l l o c a t e d   c a c h e   s i z e   f o r   a   m u l t i - c o r e   a r c h i t e c t u r e   i s   e x p r e s s e d   a s     ( ) =   ( ) +       0   ≤   ( )   ≤   ( )   ≥       ( 7 )     W h e r e ,     i s   t h e   s i z e   o f   o p e r a t i n g   s e t   w i t h i n   a   t a s k   o p e r a t i n g   t i m e     w h e r e a s     a n d     a r e   t h e   s p e c i f i e d   t a s k   f a c t o r s .   H e r e ,   t h e   ( 7 )   d e s c r i b e s   t h a t   u s i n g   t h e   p r o p o s e d   C O C S   t e c h n i q u e ,   w h e n e v e r   s i z e   o f   o p e r a t i n g   s e t     i s   l a r g e r   t h a n   ( ) ,   a n d   t h e n   t h e   s i z e   o f   c a c h e   m e m o r y   e n h a n c e s   a n d   c a n   l e a d   t o   a   m i n i m u m   o p e r a t i n g   t i m e .   S i m i l a r l y ,   w h e n e v e r   s i z e   o f   o p e r a t i n g   s e t     i s   s m a l l e r   t h a n   ( ) ,   t h e n   c a c h e   f a i l u r e   r a t e   b e c o m e s   h i g h   a n d   c a n n o t   b e   h a n d l e d   b y   a s s i g n i n g   a n   e x t r a   c a c h e   m e m o r y .   T h e n ,   t o   m a n a g e   r e a l - t i m e   t a s k ,   t h e   l i n k   b e t w e e n   o v e r a l l   i n d e p e n d e n t   f r e q u e n c y   a n d   o p e r a t i n g   t i m e   o f   e v e r y   t a s k   f o r   m u l t i - c o r e   p r o c e s s o r     a n d   s i z e   o f   o v e r a l l   c a c h e   ( )   a l l o c a t e d   t o   c o r e     c a n   b e   e x p r e s s e d   a s     ( ) =   ∑ ( ) +   ∑     0   ≤   ( )   ≤   ( )   ≥       ( 8 )     W h e r e ,   = ( ) . ( )   a n d   = ∑   .   H e r e ,   t h e   ( 8 )   r e p r e s e n t s   t h e   s u m m a t i o n   o f   ( 7 )   f o r   e a c h   t a s k   o n   a   m u l t i - c o r e   p r o c e s s o r   .   T h e n ,   t h e   p r o p o s e d   C O C S   t e c h n i q u e   h e l p s   t o   m i n i m i z e   i n t e r f e r e n c e   b e t w e e n   s h a r e d   c a c h e s   r e s o u r c e s   o f   v a r i o u s   c o r e s   a n d   c a n   b e   e x p r e s s e d   a s     ℎ ( ) =   ∑   . ( ) +   ∑ ( ) +   ∑     ( 9 )     W h e r e ,   ℎ ( )   r e p r e s e n t s   t h e   p r e d i c t e d   c o r e   u t i l i z a t i o n   a n d     r e p r e s e n t s   r a t e   o f   t h e   t a s k   w i t h i n   o p e r a t i n g   t i m e     f o r   a   m u l t i - p r o c e s s o r   c o r e   .   F r o m   ( 9 ) ,   i t   i s   v e r i f i e d   t h a t   ℎ ( )   i s   i n v e r s e l y   p r o p o r t i o n a l   t o   t h e   f r e q u e n c y   o f   c o r e   ( ) .   T h e   p r e d i c t e d   c h a n g e   i n   u t i l i z a t i o n   ∆ ℎ ( )   f o r   a   m u l t i - c o r e   a r c h i t e c t u r e     c a n   b e   e x p r e s s e d   a s     ∆ ℎ ( ) =   ( ) ∑ +   ∆ ( ) ∑   ( 1 0 )     W h e r e ,   ( ) =     ( ) −     ( − 1 )   a n d   ∆ ( ) =   ( ) − ( − 1 ) .   H e r e ,   ∆ ℎ ( )   c a n   b e   t e r m e d   a s   t h e   l i n e a r   f u n c t i o n   o f   ( )   a n d   ∆ ( ) .   H e r e ,   t h e   ( 1 0 )   r e p l a c e s   t h e   d i r e c t   u t i l i z a t i o n   o f   f r e q u e n c y   o f   c o r e   ( )   t o   ( ) .   T h e   ( 1 0 )   s h o w s   t h a t   ∆ ℎ ( )   i s   d i r e c t l y   p r o p o r t i o n a l   t o     a n d   .   T h e n ,   t h e   c o s t   f u n c t i o n   o f   c l o u d   c o m p u t i n g   s y s t e m   c a n   b e   r e d u c e d   w i t h   t h e   h e l p   o f   c o n t r o l l e r   f o r   a   m u l t i - c o r e     a s     ( ) =   ∑ ‖ ( + − 1 | ) −   ( + − 1 | ) ‖ +   ‖ ( | ) −   ( − 1 | ) ‖   ( 1 1 )     W h e r e ,     ↓ , ≤   ( )   ≤   ↑ ,   ( 1 2 )     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2 2 5 2 - 8 8 1 4   I n t .   J .   o f   A d v .   i n   A p p l .   S c i .   V o l .   8 ,   N o .   3 ,   S e p t e m b e r   2 0 1 9 :     1 8 4   –   1 9 4   1 9 0 ( ) ≤   ,   ( 1 3 )     W h e r e ,   ( ) =   ( ) ∆ ( )   a n d     r e p r e s e n t s   e s t i m a t e d   h o r i z o n   t o   e s t i m a t e   t h e   b e h a v i o r   o f   t h e   d e v i c e   i n     m a n a g i n g   p e r i o d s .   H e r e ,   ( + 1 | )   r e p r e s e n t s   t h e   t r a j e c t o r y   w i t h   r e s p e c t   t o   t h e   u t i l i z a t i o n   f a c t o r   ( + − 1 | )   m u s t   c h a n g e   f r o m   t h e   p r e s e n t   u t i l i z a t i o n   f a c t o r   ( )   t o   u t i l i z a t i o n   p o i n t   o f   s e t s   .   T h e   s i z e   o f   c a c h e   ( )   f o r   a   m u l t i - c o r e   s y s t e m     i s   l i m i t e d   b y   ,   t o   s a t i s f y   ( 5 ) .   F r o m   t h i s   a b o v e   m o d e l l i n g ,   t h e   o p t i m i z a t i o n   o f   c a c h e   m e m o r y   c a n   b e   e a s i l y   a c h i e v e d   a n d   o p t i m i z a t i o n   a n d   l e a s t   s q u a r e   p r o b l e m s   a r e   a l s o   m i n i m i z e d .   T h e   o p t i m i z e d   p o w e r   c o n s u m p t i o n   c a n   b e   p r e s e n t e d   u s i n g   o u r   p r o p o s e d   C O C S   t e c h n i q u e   a s     ( ) =   ( ) +   ( ) +     ( 1 4 )     W h e r e ,       ↓ , ≤   ( )   ≤   ↑ ,   ( 1 5 )     ( ) ≤   ,   ( 1 6 )     W h e r e ,   ,       a r e   t h e   p o w e r   f a c t o r s   o f   t h e   c l o u d   c o m p u t i n g   m u l t i - c o r e   p r o c e s s o r .   T h e   p o w e r   c o n s u m p t i o n   o f   c l o u d   c o m p u t i n g   m u l t i - c o r e   p r o c e s s o r   i s   r e p r e s e n t e d   a s   t h e   s u m   o f   t h e   p o w e r   c o n s u m p t i o n   o f   c o r e s   a n d   s h a r e d   c a c h e s .   T h e   t o t a l   p o w e r   c o n s u m p t i o n   i s   d i r e c t l y   d e p e n d i n g   o n   t h e   d y n a m i c   c o m p o n e n t s   o f   p o w e r   ( )   a n d   l e a k a g e   p o w e r   .   T h e r e f o r e ,   t h e   p o w e r   c o n s u m p t i o n   i n   c a c h e   c a n   b e   o p t i m i z e d   u s i n g   t h e   p r o p o s e d     t e c h n i q u e .   I n   t h i s   w a y ,   e n e r g y   c o n s u m p t i o n   o f   a   c l o u d   c o m p u t i n g   m o d e l   i s   m i n i m i z e d   a n d   p e r f o r m a n c e   o f   t h e   s y s t e m   c a n   b e   e n h a n c e d .         4 .   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   m o d e r n   e r a ,   t h e   u t i l i z a t i o n   o f   c l o u d   c o m p u t i n g   e m b e d d e d   d e v i c e s   i n   d a i l y   l i f e   h a s   t r e m e n d o u s l y   i n c r e a s e d   d u e   t o   a b u n d a n t   u t i l i z a t i o n   o f   v a r i o u s   p o r t a b l e   g a d g e t s ,   i n f o r m a t i o n   s y s t e m s   a n d   d i g i t a l   a p p l i a n c e s   e t c .   H o w e v e r ,   t h e s e   e m b e d d e d   d e v i c e s   r e q u i r e   h i g h   a m o u n t   o f   p o w e r   t o   o p e r a t e   p r o p e r l y ,   T h u s ,   t h e   p e r f o r m a n c e   o f   t h i s   m u l t i - c o r e   c l o u d   c o m p u t i n g   s y s t e m s   a n d   e m b e d d e d   d e v i c e s   m u s t   b e   v e r y   h i g h   d u e   t o   s a t i s f y   t h e   a m p l e   d e m a n d   o f   t h e   m a r k e t .   H o w e v e r ,   i n   r e c e n t   t i m e ,   t h e   p e r f o r m a n c e   o f   v a r i o u s   c l o u d   c o m p u t i n g   c e n t e r s   h a s   d e g r a d e d   d u e   t o   l a r g e   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   t h e s e   c l o u d   c o m p u t i n g   c e n t e r s .   A n o t h e r   m a j o r   p r o b l e m   w h i l e   u s i n g   t h e   c l o u d   c o m p u t i n g   s y s t e m s   i s   t h e   s t o r a g e   o f   t h e   s y s t e m .   T h e   a m o u n t   o f   d a t a   p r e s e n t   i n   t h e s e   c l o u d   c o m p u t i n g   s y s t e m s   i s   e x t r e m e l y   h i g h   a n d   r e q u i r e s   a m p l e   a m o u n t   o f   s t o r a g e   t o   h a n d l e   t h e s e   l a r g e   d a t a .   T h e r e f o r e ,   t o   m a i n t a i n   a   b a l a n c i n g   b e t w e e n   h i g h   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   s t o r a g e   e n h a n c e m e n t   o f   c l o u d   c o m p u t i n g   s y s t e m s ,   w e   h a v e   i n t r o d u c e d   a   C a c h e   O p t i m i z a t i o n   C l o u d   S c h e d u l i n g   ( )   A l g o r i t h m   B a s e d   o n   L a s t   L e v e l   C a c h e s   t o   e n s u r e   h i g h   c a c h e   m e m o r y   O p t i m i z a t i o n   a n d   t o   e n h a n c e   t h e   p r o c e s s i n g   s p e e d   o f   I / O   s u b s y s t e m   i n   a   c l o u d   c o m p u t i n g   e n v i r o n m e n t   w h i c h   r e l y   u p o n   D y n a m i c   V o l t a g e   a n d   F r e q u e n c y   S c a l i n g   ( ) .   T h e   p r o p o s e d   c a c h e   O p t i m i z a t i o n   t e c h n i q u e   h e l p s   t o   m i n i m i z e   t h e   m i s m a n a g e m e n t   o f   l a s t   l e v e l   c a c h e s   a n d   t o   i d e n t i f y   t h e   b e h a v i o r s   o f   c a c h e   p a t t e r n s .   H e r e ,   w e   h a v e   t e s t e d   o u r   m o d e l   o n   ℎ   s c i e n t i f i c   d a t a s e t   a n d   v a r i o u s   s i z e s   o f   t a s k s   a r e   c o n s i d e r e d   l i k e   3 0 ,   5 0 ,   1 0 0 ,   a n d   1 0 0 0   t a s k s   t o   c a l c u l a t e   t i m e   t a k e n   t o   a c c o m p l i s h   t a s k s .   ℎ   W o r k f l o w   i s   p r o d u c e d   w i t h   t h e   h e l p   o f   f o u r   t y p e   o f   j o b s   l i k e   3 0 ,   5 0 ,   1 0 0   a n d   1 0 0 0 .   I t   i s   u s e d   f o r   t h e   S o u t h e r n   C a l i f o r n i a   E a r t h q u a k e   c e n t e r   t o   i d e n t i f y   e a r t h q u a k e   d a n g e r s   i n   a   s p e c i f i e d   p l a c e   [ 2 0 ] .   I t   r e q u i r e s   l a r g e   a m o u n t   o f   s t o r a g e   a n d   C P U   r e s o u r c e s .   T h e   e x p e r i m e n t a l   o u t c o m e s   a r e   p r e s e n t e d   i n   t e r m s   o f   t i m e   t a k e n   t o   e x e c u t e   t a s k   o f   d i f f e r e n t   s i z e ,   p o w e r   c o n s u m e d   i n   t h e   V M s   a n d   a v e r a g e   p o w e r   r e q u i r e d   t o   h a n d l e   t a s k s   a g a i n s t   n u m b e r   o f   t a s k s   c o n s i d e r e d .   D i f f e r e n t   f a c t o r s   a r e   c o n s i d e r e d   t o   c a l c u l a t e   o p e r a t i n g   t i m e   a n d   e n e r g y   c o n s u m p t i o n   w h i c h   i s   d e m o n s t r a t e d   i n   t h e   f o l l o w i n g   s e c t i o n   I   T a b l e   1 .   O u r   p r o p o s e d     m o d e l   c a r r i e d   o u t   o n   6 4 - b i t   w i n d o w s   1 0   O S   w i t h   1 6   G B   R A M   w h i c h   c o n t a i n s   a n     ( )     ( )   5 − 4 4 6 0   p r o c e s s o r .   I t   c o n s i s t s   o f   3 . 2 0   G H z   C P U .   T h i s   p r o j e c t   i s   s i m u l a t e d   u s i n g     N e o n . 3   e d i t o r   a n d   c o d e   i s   w r i t t e n   i n   .       4 . 1 .     C o m p a r a t i v e   a n a l y s i s   R e c e n t l y ,   t h e   m o d e r n   h i g h - t e c h   c l o u d   c o m p u t i n g   s y s t e m s   a r e   a t t e m p t i n g   t o   m a t c h   h i g h - e n d   d e v i c e   p e r f o r m a n c e   t o   f u l f i l l   t h e   e x t r e m e   d e m a n d   o f   m a r k e t .   H o w e v e r ,   a c h i e v i n g   h i g h - e n d   s y s t e m   p e r f o r m a n c e   c a n   h e a d   t o   t h e   e x t r e m e   e n e r g y   c o n s u m p t i o n   i n   t h e s e   h i g h - t e c h   c l o u d   c e n t e r s .   T h i s   i s   d u e   t o   t h i s   d e v i c e   a r e   m a i n l y   b a t t e r y - o r i e n t e d   a n d   i t   i s   v e r y   c r i t i c a l   t o   a c c u r a t e l y   c o n t r o l   h i g h   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 f   n o t ,   t h e n   t h e   l i f e s p a n   o f   t h e s e   d e v i c e s   b e c o m e s   l i m i t e d   d u e   s m a l l e r   b a t t e r y   l i f e   a n d   i t   m a y   f r u s t r a t e   c l o u d   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t .   J .   o f   A d v .   i n   A p p l .   S c i .   I S S N :   2 2 5 2 - 8 8 1 4       C a c h e   o p t i m i z a t i o n   c l o u d   s c h e d u l i n g   ( C O C S )   a l g o r i t h m   b a s e d   o n   l a s t   l e v e l   c a c h e s   ( K .   V i n o d   K u m a r )   1 9 1 s u b s c r i b e r s .   T h e r e f o r e ,   e f f i c i e n t   t a s k   s c h e d u l i n g   a n d   s t o r a g e   c a p a c i t y   e n h a n c e m e n t   b y   r e m o v i n g   u n w a n t e d   d a t a   i s   t h e   b e s t   w a y   t o   k e e p   u p   w i t h   t h e   h i g h   p e r f o r m a n c e   a n d   m i n i m u m   e n e r g y   c o n s u m p t i o n .   T h e r e f o r e ,   h e r e ,   w e   h a v e   i n t r o d u c e d   a   C a c h e   O p t i m i z a t i o n   C l o u d   S c h e d u l i n g   ( )   A l g o r i t h m   B a s e d   o n   L a s t   L e v e l   C a c h e s   t o   e n s u r e   h i g h   c a c h e   m e m o r y   O p t i m i z a t i o n   a n d   t o   e n h a n c e   t h e   p r o c e s s i n g   s p e e d   o f   I / O   s u b s y s t e m   i n   a   c l o u d   c o m p u t i n g   e n v i r o n m e n t   w h i c h   r e l y   u p o n   D y n a m i c   V o l t a g e   a n d   F r e q u e n c y   S c a l i n g   ( ) .   T h e   p r o p o s e d   t e c h n i q u e   h e l p s   t o   m a i n t a i n   b a l a n c i n g   b e t w e e n   h i g h   p e r f o r m   a n d   m i n i m u m   e n e r g y   c o n s u m p t i o n .   T h e r e f o r e ,   h e r e ,   w e   h a v e   t e s t e d   o u r   e x p e r i m e n t   o n   ℎ   s c i e n t i f i c   d a t a s e t   a n d   t h e   e x p e r i m e n t a l   r e s u l t s   a r e   c o m p a r e d   w i t h   d i f f e r e n t   c o n v e n t i o n a l   t e c h n i q u e s   i n   t e r m s   o f   t i m e   t a k e n   t o   a c c o m p l i s h   t a s k ,   p o w e r   c o n s u m e d   i n   t h e   V M s   a n d   a v e r a g e   p o w e r   r e q u i r e d   t o   h a n d l e   t a s k s .   T h e s e   ℎ   s c i e n t i f i c   d a t a s e t   i s   w i d e l y   u t i l i z e d   i n   e v a l u a t i n g   t h e   p e r f o r m a n c e   o f   v a r i o u s   s c h e d u l i n g   t e c h n i q u e s   a n d   ℎ   w o r k f l o w   i s   u t i l i z e d   i n   o u r   e x p e r i m e n t .   H e r e ,   T a b l e   1   d e m o n s t r a t e s   t h e   p e r f o r m a n c e   c o m p a r i s o n   o f   o u r   p r o p o s e d   C O C S   t e c h n i q u e   i n   t e r m s   o f   t a s k   c o m p l e t i o n   t i m e ,   p o w e r   s u m ,   a v e r a g e   p o w e r   a n d   p o w e r   c o n s u m p t i o n   o c c u r s   i n   V M s   u s i n g   ℎ   s c i e n t i f i c   d a t a s e t   o f   d i f f e r e n t   s i z e   l i k e   3 0 ,   5 0 , 1 0 0   a n d   1 0 0 0 .   P o w e r   c o n s u m p t i o n   u s i n g   t h e   p r o p o s e d     t e c h n i q u e   f o r   ℎ   3 0   i s   1 2 8 . 4 8 4 5   W a t t s ,   ℎ   5 0   i s   1 5 1 . 5 1 0 1   W a t t s ℎ 1 0 0   i s   2 5 8 . 6 7 2   W a t t s   a n d   ℎ   1 0 0 0   i s   1 6 9 6 . 4 9 0   W a t t s   d e m o n s t r a t e d   i n   T a b l e   1   w h i c h   i s   e x t r e m e l y   l o w   i n   c o n t r a s t   t o   c o n v e n t i o n a l   s t a n d a r d   t e c h n i q u e .   T h e   p r o p o s e d     t e c h n i q u e   c o m p a r e s   A v e r a g e   t a s k   c o m p l e t i o n   t i m e   u s i n g   t h e   p r o p o s e d     t e c h n i q u e   i s   c o m p a r e d   w i t h   o t h e r   c o n v e n t i o n a l   t e c h n i q u e s   u t i l i z i n g   ℎ   s c i e n t i f i c   d a t a s e t   o f   d i f f e r e n t   s i z e   l i k e   3 0 ,   5 0 ,   1 0 0   a n d   1 0 0 0   a s   d e m o n s t r a t e d   i n   T a b l e   1 .   T h e   A v e r a g e   T a s k   C o m p l e t i o n   T i m e   w i t h   t h e   p r o p o s e d     t e c h n i q u e   f o r   s c i e n t i f i c   d a t a s e t   ℎ   3 0   i s   0 . 3 6 8 4 3 1   s e c ,   ℎ   5 0   i s   0 . 1 9 3 5 0 6   s e c ,   ℎ   1 0 0   i s   0 . 1 4 0 5 6 8   s e c   a n d   ℎ   1 0 0 0   i s   0 . 0 5 8 4 7 6   s e c   a n d   c o m p a r e d   w i t h   v a r i o u s   s t a t e - o f - a r t - t e c h n i q u e s .   T h e   a v e r a g e   t a s k   c o m p l e t i o n   t i m e   i s   m u c h   s m a l l e r   t h a n   a n y   o t h e r   s t a t e - o f - a r t   t e c h n i q u e s   l i k e   E M S - C ,   S P E A 2 ,   M O D E ,   N S P S O ,   ∈ −   P S O ,   M O H E F T   [ 2 0 ]   u s i n g   o u r   p r o p o s e d     t e c h n i q u e   d e m o n s t r a t e d   i n   T a b l e   2 .   T h e   a v e r a g e   P o w e r   r e q u i r e d   i s   m u c h   s m a l l e r   t h a n   a n y   o t h e r   s t a t e - o f - a r t   t e c h n i q u e s   l i k e   E M S - C ,   S P E A 2 ,   M O D E ,   N S P S O ,   ∈ −     P S O ,   M O H E F T   [ 2 0 ]   u s i n g   o u r   p r o p o s e d     t e c h n i q u e   d e m o n s t r a t e d   i n   T a b l e   2 .   T h e   V M s   t y p e s   w i t h   d e s c r i p t i o n   u s e d   i n   o u r   e x p e r i m e n t   i s   s h o w n   a t   T a b l e   3 .   T h e   m a c h i n e   c o n f i g u r a t i o n   u s e d   t o   c o m p u t e   t h e s e   r e s u l t s   a r e   d e m o n s t r a t e d   i n   T a b l e   4 .   T h e   P o w e r   C o n s u m p t i o n   r e q u i r e d   i s   m u c h   s m a l l e r   t h a n   a n y   o t h e r   s t a t e - o f - a r t   t e c h n i q u e s   l i k e   E M S - C ,   S P E A 2 ,   M O D E ,   N S P S O ,   ∈ −   P S O ,   M O H E F T   [ 2 0 ]   u s i n g   o u r   p r o p o s e d     t e c h n i q u e   d e m o n s t r a t e d   i n   T a b l e   2 .   T h e   m a c h i n e   c o n f i g u r a t i o n   u s e d   t o   c o m p u t e   t h e s e   r e s u l t s   a r e   i s   d e m o n s t r a t e d   i n   T a b l e   5 .   F i g u r e   2   d e m o n s t r a t e s   t h e   i n t e r n a l   a r c h i t e c t u r e   o f   ℎ   w o r k f l o w .         T a b l e   1 .   V a r i o u s   p a r a m e t e r s   c o m p a r i s o n   f o r   p r o p o s e d   C O C S   t e c h n i q u e   v s   D V F S   u s i n g   s c i e n t i f i c   m o d e l   C y b e r s h a k e   P a r a m e t e r s   T o t a l   E x e c u t i o n   T i m e   ( s )   P o w e r   S u m   ( W )   A v e r a g e   P o w e r   ( W )   P o w e r   C o n s u m p t i o n   ( ℎ )   D V F S   C y b e r s h a k e   3 0   V M = 2 0   6 3 5 9 . 4 1   1 2 1 7 5 9 2 2 . 6 4   1 9 . 1 4 6 3 2 0   3 4 9 5 . 4 2   C y b e r s h a k e   5 0   V M = 3 0   1 4 4 4 8 . 9 0   2 9 0 6 8 5 5 2 . 8 9   2 0 . 1 1 8 1 8 3   8 5 1 8 . 3 9   C y b e r s h a k e   1 0 0   V M = 5 0   3 0 1 2 4 . 4 1   6 1 1 7 7 3 3 8 . 4 0   2 0 . 3 0 8 2 2 9   1 8 9 6 6 . 3 3   C y b e r s h a k e   1 0 0 0   V M = 3 0   7 4 5 4 3 . 5 7   1 4 9 9 6 8 1 2 2 . 0 8   2 0 . 1 1 8 1 8 4   2 3 6 3 0 3 . 2 8     C y b e r s h a k e   3 0   V M = 2 0   2 6 2 . 7 3   4 1 5 4 6 9 . 6 7 3 4   1 5 . 8 1 3 5   1 2 8 . 4 8 4 5   C y b e r s h a k e   5 0   V M = 3 0   2 8 3 . 6 8   4 5 1 0 8 0 . 8 1 6 7   1 5 . 9 0 1 0   1 5 1 . 5 1 0 1   C y b e r s h a k e   1 0 0   V M = 5 0   4 4 3 . 2 1   7 0 4 7 5 1 . 2 2 1 5   1 5 . 9 0 1 0   2 5 8 . 6 7 2   C y b e r s h a k e   1 0 0 0   V M = 3 0   1 3 2 8 . 0 5   2 1 1 1 7 4 5 . 0 2 1   1 5 . 9 0 1 0   1 6 9 6 . 4 9 0       T a b l e   2 .   R u n t i m e   r a t i o s   o f   t h e   p e e r   a l g o r i t h m s   a g a i n s t   t h e   p r o p o s e d   E M S - C   o n   t h e   r e a l - w o r l d   w o r k f l o w s   ( i . e . ,   r u n t i m e   ( p e e r   a l g o r i t h m )   = r u n t i m e   ( C O C S ) )   D A G s   N u m b e r   o f   n o d e s   A v e r a g e   E x e c u t i o n   t i m e   ( s )   E M S - C   D V F S   S P E A 2   M O D E   N S P S O   ∈ −     M O H F E T     ℎ   3 0   3 0   2 3 . 7 7   2 1 1 . 9 8   1 . 6 2   1 . 1 8   2 1 . 2 5   1 5 . 0 4   1 0 . 3 9   0 . 3 6 8 4 3 1   ℎ   5 0   5 0   2 9 . 3 2   2 8 8 . 9 7 8   1 . 2 8   1 . 3 7   3 0 . 1 7   2 6 . 8 1   3 8 . 1 6   0 . 1 9 3 5 0 6   ℎ   1 0 0   1 0 0   3 1 . 5 3   3 0 1 . 2 4 4   0 . 9 2   1 . 3 1   4 4 . 7 5   4 2 . 2 2   1 1 0 . 4 2   0 . 1 4 0 5 6 8   ℎ   1 0 0 0   1 0 0 0   2 2 . 7 1   7 4 . 5 4   0 . 3 2   0 . 9 7   7 0 . 7 2   6 9 . 5 6   - -   0 . 0 5 8 4 7 6       T a b l e   3 .   V M s   t y p e s   w i t h   d e s c r i p t i o n   u s e d   i n   o u r   e x p e r i m e n t   T y p e   M e m o r y   ( G B )   C o r e   S p e e d   ( E C U )   C o r e s   m 1 .   s m a l l   1 . 7   1   1   m 1 .   l a r g e   7 . 5   4   2   m 1 .   x l a r g e   1 5   8   4   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2 2 5 2 - 8 8 1 4   I n t .   J .   o f   A d v .   i n   A p p l .   S c i .   V o l .   8 ,   N o .   3 ,   S e p t e m b e r   2 0 1 9 :     1 8 4   –   1 9 4   1 9 2     F i g u r e   2 .   I n t e r n a l   a r c h i t e c t u r e   o f   C y b e r s h a k e   w o r k f l o w       T a b l e   4 .   R u n t i m e   r a t i o s   o f   t h e   p e e r   a l g o r i t h m s   a g a i n s t   t h e   p r o p o s e d   E M S - C   o n   t h e   r e a l - w o r l d   w o r k f l o w s   ( i . e . ,   a v e r a g e   p o w e r   ( p e e r   a l g o r i t h m )   =   a v e r a g e   p o w e r   ( C O C S ) )   D A G s   N u m b e r   o f   n o d e s   A v e r a g e   p o w e r   E M S - C   D V F S   S P E A 2   M O D E   N S P S O   ∈ −       ℎ   3 0   3 0   3 4 . 0 0 7 9   1 4 1 . 0 2   2 . 3 1 7   1 . 6 8 8   3 0 . 4 0 2   2 1 . 5 1 7 8 2   0 . 5 2 7 1 1 6 6   ℎ   5 0   5 0   4 8 . 1 8 6   1 5 6 . 7 2   2 . 1 0 3   2 . 2 5 1   4 9 . 5 8 3   4 4 . 0 6 1 2 4   0 . 3 1 8 0 2   ℎ   1 0 0   1 0 0   3 5 . 6 6 6   1 5 1 . 9 2   1 . 0 4 0   1 . 4 8 1   5 0 . 6 2 1   4 7 . 7 5 9 1 0   0 . 1 5 9 0 1   ℎ   1 0 0 0   1 0 0 0   6 . 1 7 5   5 2 . 1 9 1   0 . 0 8 7   0 . 2 6 3   1 9 . 2 3 0   1 8 . 9 1 5 0 0   0 . 0 1 5 9 0 1       T a b l e   5 .   R u n t i m e   r a t i o s   o f   t h e   p e e r   a l g o r i t h m s   a g a i n s t   t h e   p r o p o s e d   E M S - C   o n   t h e   r e a l - w o r l d   w o r k f l o w s   ( i . e . ,   p o w e r   c o n s u m p t i o n   ( p e e r   a l g o r i t h m )   =   p o w e r   c o n s u m p t i o n   )   D A G s   N u m b e r   o f   n o d e s     P o w e r   c o n s u m p t i o n   E M S - C     D V F S   S P E A 2   M O D E   N S P S O   ∈ −     ℎ   3 0   3 0   2 7 6 . 3 1   1 1 4 5 . 8   1 8 . 8 3   1 3 . 7 1   2 4 7 . 0 2   1 7 4 . 8 3 2 0   4 . 2 8 2 8 1 6 6   ℎ   5 0   5 0   4 5 9 . 1 3   1 4 9 3 . 2   2 0 . 0 4   2 1 . 4 5   4 7 2 . 4 4   4 1 9 . 8 3 0 4   3 . 0 3 0 2 0 2   ℎ   1 0 0   1 0 0   5 8 0 . 2 1   2 4 7 1 . 4   1 6 . 9 2   2 4 . 1 0   8 2 3 . 4 8   7 7 6 . 9 2 8 7   2 . 5 8 6 7 2   ℎ   1 0 0 0   1 0 0 0   6 5 8 . 8 5   5 5 6 8 . 3   9 . 2 8 3   2 8 . 1 4   2 0 5 1 . 7   2 0 1 8 . 0 5 6   1 . 6 9 6 4 9       4 . 2 .     G r a p h i c a l   r e p r e s e n t a t i o n   T h i s   s e c t i o n   d e s c r i b e s   a b o u t   t h e   g r a p h i c a l   d e m o n s t r a t i o n   o f   e x p e r i m e n t a l   o u t c o m e s   u s i n g   p r o p o s e d     t e c h n i q u e .   H e r e ,   F i g u r e   3   d e m o n s t r a t e s   t a s k   c o m p l e t i o n   t i m e   C o m p a r i s o n   o f   p r o p o s e d     t e c h n i q u e   w i t h   c o n v e n t i o n a l     t e c h n i q u e   w i t h   t h e   h e l p   o f   s c i e n t i f i c   d a t a s e t   ℎ   f o r   d i f f e r e n t   t a s k   s i z e s   a s   3 0 ,   5 0 , 1 0 0   a n d   1 0 0 0 .   H e r e ,   F i g u r e   4   d e m o n s t r a t e s   P o w e r   S u m   C o m p a r i s o n   o f   p r o p o s e d     t e c h n i q u e   w i t h   c o n v e n t i o n a l     t e c h n i q u e   w i t h   t h e   h e l p   o f   s c i e n t i f i c   d a t a s e t   ℎ   f o r   d i f f e r e n t   t a s k   s i z e s   a s   3 0 ,   5 0 , 1 0 0   a n d   1 0 0 0 .   H e r e ,   F i g u r e   5   d e m o n s t r a t e s   A v e r a g e   P o w e r   C o m p a r i s o n   o f   p r o p o s e d     t e c h n i q u e   w i t h   c o n v e n t i o n a l     t e c h n i q u e   w i t h   t h e   h e l p   o f   s c i e n t i f i c   d a t a s e t   ℎ   f o r   d i f f e r e n t   t a s k   s i z e s   a s   3 0 ,   5 0 ,   1 0 0   a n d   1 0 0 0 .   S i m i l a r l y ,   F i g u r e   6   d e m o n s t r a t e s   P o w e r   C o n s u m p t i o n   C o m p a r i s o n   o f   p r o p o s e d     t e c h n i q u e   w i t h   c o n v e n t i o n a l     t e c h n i q u e   w i t h   t h e   h e l p   o f   s c i e n t i f i c   d a t a s e t   ℎ   f o r   d i f f e r e n t   t a s k   s i z e s   a s   3 0 ,   5 0 ,   1 0 0   a n d   1 0 0 0 .   F u r t h e r m o r e ,   F i g u r e   7   d e m o n s t r a t e s   a v e r a g e   t a s k   c o m p l e t i o n   t i m e   C o m p a r i s o n   o f   p r o p o s e d     t e c h n i q u e   w i t h   v a r i o u s   s t a t e - o f - a r t - t e c h n i q u e s   u s i n g   s c i e n t i f i c   d a t a s e t   ℎ   f o r   d i f f e r e n t   t a s k   s i z e s   a s   3 0 ,   5 0 ,   1 0 0 .         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t .   J .   o f   A d v .   i n   A p p l .   S c i .   I S S N :   2 2 5 2 - 8 8 1 4       C a c h e   o p t i m i z a t i o n   c l o u d   s c h e d u l i n g   ( C O C S )   a l g o r i t h m   b a s e d   o n   l a s t   l e v e l   c a c h e s   ( K .   V i n o d   K u m a r )   1 9 3         F i g u r e   3 .   T a s k   c o m p l e t i o n   t i m e   c o m p a r i s o n   o f   p r o p o s e d   C O C S   t e c h n i q u e   v s   D V F S   u s i n g     s c i e n t i f i c   w o r k l o a d   ℎ   F i g u r e   4 .   P o w e r   s u m   c o m p a r i s o n   o f   p r o p o s e d   C O C S   t e c h n i q u e   v s   D V F S   u s i n g   s c i e n t i f i c     w o r k l o a d   ℎ               F i g u r e   5 .   A v e r a g e   p o w e r   c o m p a r i s o n   o f   p r o p o s e d   C O C S   t e c h n i q u e   v s   D V F S   u s i n g   s c i e n t i f i c     w o r k l o a d   ℎ   F i g u r e   6 .   P o w e r   c o n s u m p t i o n   c o m p a r i s o n   o f   p r o p o s e d   C O C S   t e c h n i q u e   v s   D V F S   u s i n g     s c i e n t i f i c   w o r k l o a d   ℎ           F i g u r e   7 .   A v e r a g e   t a s k   c o m p l e t i o n   t i m e   c o m p a r i s o n   o f   p r o p o s e d   C O C S   t e c h n i q u e   w i t h   v a r i o u s     s t a t e - o f - a r t - t e c h n i q u e s   u s i n g   s c i e n t i f i c   w o r k l o a d   ℎ       5 .   C O N C L U S I O N   A n   e f f i c i e n t   t a s k   s c h e d u l i n g   i n   e a c h   c l o u d   c o m p u t i n g   V M s   a n d   r e d u c t i o n   o f   h i g h   e n e r g y   c o n s u m p t i o n   i n   t h e s e   d e v i c e s   i s   b e c o m e   a   p r i m a r y   p r i o r i t y .   V a r i o u s   r e s e a r c h e r s   h a v e   p r o v i d e d   d i f f e r e n t   t e c h n i q u e s   t o   d e c r e a s e   e n e r g y   c o n s u m p t i o n   i n   m u l t i - c o r e   c l o u d   c o m p u t i n g   p r o c e s s o r s .   H o w e v e r ,   s t i l l   i t   r e m a i n s   a n   u n s o l v e d   i s s u e .   T h e r e f o r e ,   o n e   m e t h o d   t o   d e c r e a s e   s t o r a g e   a n d   e n e r g y   c o n s u m p t i o n   i n   m u l t i - c o r e   p r o c e s s o r s   i s   c a c h e   m i n i m i z a t i o n .   T h e r e f o r e ,   w e   h a v e   a d o p t e d   C a c h e   O p t i m i z a t i o n   C l o u d   S c h e d u l i n g   ( )   A l g o r i t h m   B a s e d   o n   L a s t   L e v e l   C a c h e s   t o   e n s u r e   h i g h   c a c h e   m e m o r y   O p t i m i z a t i o n   a n d   t o   e n h a n c e   t h e   p r o c e s s i n g   s p e e d   o f   I / O   s u b s y s t e m   i n   a   c l o u d   c o m p u t i n g   e n v i r o n m e n t   w h i c h   r e l y   u p o n   D y n a m i c   V o l t a g e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.