I n d on e s ian   Jou r n al   o f   E lec t r ica l   E n gin e e r in g  a n d   Com p u t e r   S c ience   Vo l .   3 7 ,   N o .   3 ,  M a r c h   20 2 5 ,   pp.   1 88 7 ~ 1 89 8   I S S N:  2 502 - 4 7 52 ,   DO I :  10 . 11591/i j e e cs .v 3 7 . i 3 . pp 1 88 7 - 1 89 8             1887     Jou r n al  h o m e page :  ht tp: // ij e e cs . iaes c or e . c om   F or e c ast in g v ir t u al   m ac h in e  r e sou r c e  u t il iz at io n  i n  c lo u d   c om p u t in g:  a  h y b r id  ar t ific ia l  in t e ll ig e n c e  ap p r oac h       Rim   Douk h a,   Abd e r r ah m an e   E z - Z ah ou t ,   Ar is t i d e   Ndayi k e n gu r u k iye   I nt e ll ig e nt   P r oc e s s in g a nd S e c u r it y   of  S y s t e ms   T e a m, F a c ul t y   of   S c i e n c e s , M o ha mm e d V  U ni ve r s it y , R a ba t,  M or o c c o       Ar t ic l e   I n f o     AB S T RA CT   A r ti c le  h is tor y :   R e c e i ve d  M a y   17 ,   202 4   R e vi s e d  Oc t   1 ,   202 4   A c c e pt e d  Oc t   7 ,   202 4       Cl o u d   c o m p u t i n g   h as   t ran s fo r med   t h e  m an a g eme n t   o f  I T   i n fras t ru c t u r e s   b y   p ro v i d i n g   s c al ab l e,   fl e x i b l e,   an d   co s t - e ff ec t i v e   s o l u t i o n s .   H o w ev e r,   e ffi ci e n t   re s o u r ce  m an a g eme n t   i n   c l o u d   en v i ro n me n t s   r em ai n s   a  s i g n i fi c a n t   c h a l l en g e,   as   o v e r - p ro v i s i o n i n g   o r   u n d e r - p ro v i s i o n i n g   o f  r e s o u rce s   c a n   l e ad   t o   u n n ece s s ar y   co s t s   o r  d e g ra d ed   p e rfo r m a n ce .   A cc u rat e  f o rec as t i n g   o f  v i rt u al   m a c h i n e   ( V M)  r e s o u r ce   u t i l i zat i o n   i s   c ru ci al   f o r  o p t i mi zi n g   r e s o u r ce  al l o c at i o n ,   r e d u c i n g   o p e rat i o n al   e x p en s e s ,   an d   e n s u r i n g   c o m p l i an ce   w i t h   se rv i ce  l ev e l   ag r eemen t s   (SL A s ).   T h i s   s t u d y   a i ms   t o   ad d re s s   t h e s e  c h a l l en g e s   b y   d ev e l o p i n g   a  h y b ri d   f o r ec as t i n g   mo d el   t h at   c o m b i n e s   t h e  s t re n g t h s   o f  a u t o   r eg r e s s i v e   i n t eg rat ed   m o v i n g   av e ra g e   ( A R I MA ),     l i n e ar  r eg r e s s i o n   ( L R) ,   a n d   l o n g   s h o rt - t e r m   memo r y   (L ST M)  t e ch n i q u e s .     B y   i n t e g rat i n g   t h e s e   me t h o d s ,   o u r  mo d el   p ro v i d e s   m o r e  acc u rat e   p red i c t i o n s   an d   b e t t e r  a d ap t ab i l i t y   t o   v ari o u s   w o r k l o ad   p at t e rn s ,   h e l p i n g   c l o u d   s e rv i ce  p ro v i d e rs   a n d   u s e rs   t o   m a k e  i n fo r med   d ec i s i o n s   ab o u t   re s o u r ce   a l l o c at i o n ,   u l t i m at el y   r e d u c i n g   co s t s .   T h e   d at a  w as   co l l ec t ed   fro m  m u l t i p l e   E C2   i n s t an ce s   a n d   p ro c e s s ed   u s i n g   a m az o n   w e b   s e r v i ce s   ( AWS )   G l u e   w i t h   Sp ark .   T h e   e x p e ri men t al   r e s u l t s   d em o n s t rat e   t h at   t h e   h y b r i d   mo d el   o u t p e rfo r m s   i n d i v i d u al   m o d e l s   s u ch   as   A R I M A ,   LR ,   an d   L ST M  i n   t e r m s   o f   acc u ra cy   fo r   fo r ec as t i n g   memo r y ,   CP U ,   an d   d i s k   u t i l i za t i o n ,   o ff e r i n g   a  mo r e  e ff ec t i v e  s o l u t i o n   fo r   m an a g i n g   cl o u d   re s o u r ce s   e ffi ci e n t l y .   K e y w o r d s :   A R I M A   A r t i f i c i a l   i n t e ll i g e n c e   C l o ud  c o m put i n g   L i ne a r   r e gr e s s i o n   L S T M   M a c hi ne   l e a r ni ng   Th i s   i s   a n   o p en   a c ces s   a r t i c l e  u n d e r   t h e  CC  B Y - SA   l i cen s e.     C or r e s pon din g  A u th or :   R i m   Do ukh a   I n t e l l i g e n t   P r o c e s s i ng  a n d  S e c ur i t y   o f   S y s t e m s   T e a m ,   F a c u l t y   o f   S c i e n c e s ,   M o h a mm e d   V  Uni ve r s i t y   R a b a t ,   M o r o c c o   E m a i l :  do ukh a r i m @g m a il . c o m       1.   I NT RODU C T I ON   C l o ud  c o m put i n g  p l a t f o r m s   a r e   e s s e n t i a l   i n   t o da y ’ s   I T   i nf r a s t r uc t ur e ,   pr o vi d i ng  v a s t   r e s o u r c e s   a n d   s e r vi c e s ,   s uc h   a s   c o m put i n g  po we r ,   s tor a ge ,   a n d  ba n dw i dt h ,   to  c us to m e r s   o n   de m a n d.   T h e s e   p l a t f o r m s   o f f e r   s c a l a bil i t y   a n d  de pe n da bil i t y   t o  e n s ur e   t h a t  qua l i t y   o f   s e r vi c e   ( Qo S )   r e qui r e m e n t s   o u t l i ne d  i n   s e r vi c e   l e v e l   a gr e e m e n t s   ( S L A )   a r e   m e t ,   m a k i ng  us e   o f   vi r t ua l i z a t i o n   to   o p t i mi z e   r e s o ur c e   a l l o c a t i o n   a n d  e f f i c i e n c y   [ 1] .   W i t hi n   t he s e   i nf r a s t r uc t ur e s ,   C P U  c a pa c i t y ,   m e m o r y ,   a n d  d i s k  ut i li z a t i o n   a r e   i n d i s pe n s a bl e   f o r   de pl o yi ng  a n y   a pp l i c a t i o n   i n   t h e   c l o ud.   F a i l ur e   to  m a na ge   a n d  ut i li z e   t h e s e   s e r vi c e s   e f f i c i e n t l y   c a n   r e s u l t   i n   e s c a l a t i n g  c o s t s   [ 2] .   T h e r e f o r e ,   o p t i mi z i ng  vi r t ua l   m a c hi ne s   ( VM s )   i s   pa r a m o u n t   to   e n s ur e   pe a k  pe r f o r m a n c e   a n d   o p t i m a l   r e s o ur c e   u t i l i z a t i o n   [ 3] .   T hi s   o pt i m i z a t i o n   i s   a l s o   c r uc i a l   f o r   c o s t - e f f e c t i v e n e s s   [ 4] .   I n   t h e   r e a l m   o f   o pt i m i z i ng  V M s   i n   t h e   c l o ud,   t w o   p r i m a r y   a ppr o a c h e s   e m e r ge ,   h u m a n - dr i ve n  o p t i mi z a t i o n   a n d  pr e d i c t i v e   m o de l i ng  w i t h   s t a t i s t i c a l   o pt i m i z a t i o n .   T h e   h u m a n - dr i v e n   o pt i mi z a t i o n   r e l i e s   o n  h u m a n   e x pe r t i s e   t o  i n t e r pr e t   s y s t e m   be h a vi o r   [ 5] ,   a n a l y z e   hi s t o r i c a l   da t a ,   a n d  m a ke   i nf o r m e d  pr e d i c t i o ns   a b o ut  f ut ur e   w o r kl o a ds .   T hi s   a ppr o a c h   e x c e l s   i n   u n de r s t a n d i ng  c o m p l e x   p a t t e r n s   a n d  a da pt i n g  VM s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2 5 0 2 - 4 7 52   In do n e s i a n   J   E l e c   E n g   &   C o m p  S c i ,  Vo l .   3 7 ,   N o .   3 ,  M a r c h   20 2 5 :   1 88 7 - 1 89 8   1888   c o nf i gur a t i o ns .   T hi s   a ppr o a c h   i s   pa r t i c u l a r l y   v a l u a bl e   w h e n   de a li ng  w i t h   i n t r i c a t e ,   n o n - l i ne a r   pa tt e r n s   a n d   d y n a mi c   wo r kl o a ds   t h a t   m a y   b e   c ha l l e ng i n g  f o r   a uto m a t e d  s y s t e m s   to   i n t e r pr e t   a c c ur a t e l y .   On   t h e   ot h e r   h a n d,   pr e d i c t i v e   m o de l i ng  a n d  s t a ti s t i c a l   o pt i m i z a t i o n   o f f e r   a   m o r e   a u to m a t e d  a n d   pr o a c t i v e   s o l ut i o n   to   VM s   o p t i m i z a t i o n .   B y   l e v e r a g i n g  a d v a n c e d  s t a t i s t i c a l   m e t h o ds   a n d  m a c hi ne   l e a r ni ng  a l go r i t hm s   s uc h   a s   a uto  r e gr e s s i v e   i n t e gr a t e d   m o vi ng  a ve r a ge   ( A R I M A ) ,   l i ne a r   r e gr e s s i o n   ( L R ) ,   a n d  l o ng   s h o r t - t e r m   m e m o r y   ( L S T M ) ,   t h e s e   a ppr o a c h e s   e n a bl e   us e r s   to   f o r e c a s t   r e s o ur c e   r e qui r e m e n t s   a n d   d y n a mi c a ll y   a d j u s t   VM s   c o nf i gur a t i o n s .   T he   a ut o m a t e d  n a t ur e   o f   t hi s   m e t h o d  e ns ur e s   qu i c k  r e s p o n s e s   t o  c h a n g i ng  c o n d i t i o n s ,   a l l o w i n g  f o r   e f f i c i e n t   r e s o ur c e   a l l o c a t i o n   w i t h o ut   c o n s t a n t   h u m a n   i n t e r v e n t i o n .     T hi s   a ppr o a c h   b e c o m e s   c r uc i a l   i n   s c e n a r i o s   wh e r e   wo r kl o a ds   e xhi bi t   pa tt e r n s   t h a t  c a n   b e   e f f e c t i v e ly   c a pt ur e d   a n d  pr e d i c t e d  t h r o ugh   s t a t i s t i c a l   m o de l i ng.   T y p i c a ll y ,   t h e   a c c ur a c y   a n d  e f f e c t i v e n e s s   o f   s t a t i s t i c a l   m e t h o ds   a r e   e n h a nc e d  by   c o m bi n i ng  s e v e r a l   t e c h ni que s   [ 6] .   F o r   i ns t a n c e ,   AR I M A   i s   a de pt   a t  c a pt ur i n g  t e m po r a l   pa tt e r n s ,   L R   pr o vi d e s   i ns i g h t s   i n t o  l i ne a r   r e l a t i o n s hi p s ,   a n d  L S T M   e x c e l s   i n   m o de li ng  i n t r i c a t e   s e que n c e s   a n d  c o r r e l a t i o n s .   T h e r e f o r e ,   c o m b ini ng  t h e   f e a t ur e s   o f   t h e s e   m e t h o ds   c a n   r e s u l t   i n   a   m o r e   a c c ur a t e   pr e di c t i v e   m o de l .   B y   pr e d i c t i n g  VM s   ut i li z a t i o n ,   c l o ud  pr o vi de r s   c a n   b e t t e r   u t i li z e   t h e i r   i nf r a s t r uc t ur e s ,   e n s ur i n g  t h a t   r e s o u r c e s   a r e   a l l o c a t e d  e f f e c t i v e ly   t o  m e e t   v a r y i ng  wo r k l o a d  de m a n ds .   T hi s   he l p s   a s   we ll   t o   r e duc e   o pe r a t i o n a l   c o s t s ,   a n d  e nh a n c e d  s c a l a bil i t y .   Va r i o us   r e s e a r c h   e f f o r t s   h a v e   f o c us e d  o n   pr e d i c t i n g  VM   r e s o ur c e   us a ge   i n   c l o ud  e nvi r o nm e n t s .     F o r   i ns t a n c e ,   W u  e t  al.   [ 7]   de v e l o pe d  a n   a d a pt i ve   hy br i d  pr e d i c t i o n   s c h e m e   b a s e d  o n   a ut o - r e gr e s s i o n   f o r   f o r e c a s t i n g  C P U  l o a d  i n  c o m put a t i o n a l   gr i ds .   T he y   i n t e gr a t e d  a da pt i v e   p a r a m e t e r s   a n d  t h e   S a vi t z k y - Go l a y   f i l t e r   to  e n ha c e   pe r f o r m a n c e .   H y b r i d  m o de l s ,   m e r g i ng  A R I M A   a n d  A NN   t e c hni que s ,   ha v e   s h o wn   s u pe r i o r i t y   i n   f o r e c a s t i n g  C P U  a n d  m e m o r y   us a ge .   B i   e t  al.   [ 8] ,   pr o p o s e   a   hy b r i d  de e p  l e a r ni ng  m o de l ,   B G - L S T M ,   whi c h   c o m bi ne s   B i - d i r e c t i o n a l   L S T M   ( B i - L S T M )   a n d  g r i d  L S T M   f o r   pr e di c t i ng  w o r kl o a d  a n d  r e s o ur c e   us a ge   i n   c l o ud  s y s t e m s .   T h e i r   a ppr o a c h   e f f e c t i v e ly   c a pt ur e s   bi - d i r e c t i o n a l   de pe n de n c i e s   a n d  t i me - f r e que nc y   do m a i n   f e a t ur e s ,   l e a d i n g  to  im pr o v e d  pr e d i c t i o n   a c c ur a c y .   T h e y   a pp li e d  a   S a vi t z k y - Go l a y   f il t e r   t o   s m o ot h   t h e   da t a   a n d  t e s t e d  t h e   m o de l   o n   G oo gl e   C l us t e r   t r a c e s .   T h e   r e s u l t s   s h o we d  t h a t  t h e   pr o p o s e d  m e t h o d  o u t pe r f o r m e d  t r a di t i o n a l   m o de l s   l i ke   A R I M A   a n d  o t h e r   de e p  l e a r ni ng  m o de l s ,   s uc h   a s   s t a n da r d  L S T M   a n d  S VM ,   pa r t i c u l a r ly   i n   l o n g - t e r m   pr e d i c t i o n s .   K a r im   e t  al.   [ 9] ,   pr e s e n t   B H y P r e C ,   a   hy br i d  r e c ur r e n t   n e ur a l   n e t wo r k  ( R NN )   m o de l   de s i g n e d  to  pr e d i c t   C P U  wo r kl o a d  i n   c l o ud  VM s .   T h e   m o d e l   c o m bi ne s   B i - L S T M ,   L S T M ,   a n d  ga t e d  r e c ur r e n t   uni t   ( GR U)   l a y e r s   to  e nh a n c e   t h e   pr e d i c t i o n   a c c ur a c y   o f   n o n - li ne a r   t i m e   s e r i e s   da t a .   T h e   a r c hi t e c t ur e   i nc l ude s   a   1D  c o n v o l ut i o n a l   ne ur a l   n e t wo r k  ( C NN )   l a y e r   f o r   f e a t ur e   e x t r a c t i o n   a n d  a pp li e s   a   s li d i ng  w i ndo w  a ppr o a c h   to  m a n a ge   s e que n t i a l   da t a .   E x pe r i m e n t a l   r e s u l t s   de m o ns t r a t e   t h a t  B H y P r e C   o u t pe r f o r m s   t r a di t i o n a l   m e t h o ds   li ke   A R I M A   a n d  o t h e r   R NN - b a s e d  m o de l s ,   pa r t i c u l a r ly   i n  l o n g - t e r m   pr e d i c t i o n s ,   o f f e r i ng  a   m o r e   a c c ur a t e   a n d  s t a bl e   f o r e c a s t i n g  too l   f o r   c l o ud  r e s o ur c e   m a n a ge m e n t .   B a n e r j e e   e t  al .   [ 10] ,   pr o p o s e   a   f r a m e wo r k  f o r   i mpr o vi n g  r e s o ur c e   u t i li z a t i o n   a n d  e ne r g y   e f f i c i e n c y  i n   c l o ud  da t a   c e n t e r s   t h r o ugh   a   m u l t i - s t e p - a h e a d  C P U  w o r kl o a d  pr e di c t i o n   a ppr o a c h .   T h e   f r a m e wo r k  l e v e r a ge s   m a c hi ne   l e a r ni ng  t e c hni que s   t o  pr e di c t   t h e   f ut ur e   C P U  r e s o ur c e   c o n s u m pt i o n   o f   VM s   b a s e d  o n   hi s t o r i c a l   da t a .   A   s l i d i n g  w i ndo w  a ppr o a c h   i s   e m p l o y e d  to   m a n a ge   t h e   t i m e - s e r i e s   da t a ,   a n d  a   r e - tr a i ni n g   m e c h a ni s m   i s   i m p l e m e n t e d  to   m a i n t a i n  pr e d i c t i o n  a c c ur a c y   o v e r   t i m e .   T h e   pr e d i c t e d  C P U  wo r kl o a d  i s   t h e n  u s e d  to  o p t i mi z e   t h e   p l a c e m e n t   o f   VM s   o n   phy s ica l   m a c hi ne s   ( P M s ) ,   l e a d i ng  to  a   s i g nif i c a n t   r e du c t i o n   i n  e n e r g y   c o n s u m pt i o n   a n d  i m pr o v e d  r e s o ur c e   u t i li z a t i o n   c o m p a r e d  to  c o n v e n t i o n a l   m e t h o ds .   T h e   a ppr o a c h   i s   v a li da t e d  us i n g  r e a l   wo r k l o a d  da t a   f r o m   B i t b r a i ns ,   de m o ns t r a t i n g  s upe r i o r   pe r f o r m a n c e   i n  m a i n t a i n i ng  da t a   c e n t e r   e f f i c i e n c y .   M a t o us s i   a n d  Ha m r o uni   [ 11]   i n t r o duc e d  a   n o v e l   a ppr o a c h   f o r   pr e d i c t i n g  t h e   i nf l u x   o f   r e que s t s   to  a   s o f t wa r e   a s   a   s e r vi c e   ( S a a S )   a pp l i c a t i o n ,   a i mi ng  to  o p t i m i z e   r e s o ur c e   a l l o c a t i o n   i n   c l o ud  e nvi r o nm e nt s .   T h e i r   m e t h o d  l e v e r a ge s   t h e   t e m po r a l   l o c a l i t y   pr i nc i p l e   a n d  d y n a mi c a l ly   a s s i g ns   we i g h t s   to  r e c e n t   da t a   p o i n t s   to  f o r e c a s t   f ut ur e   de m a n d  a c c ur a t e l y .   T h e   s t ud y   a d dr e s s e s   r e s o ur c e   m a n a g e m e n t   c h a l l e nge s   i n   t he   c l o ud  b y   e m p l o yi ng  pr e d i c t i o n   t e c hni qu e s   to   a n t i c i pa t e   s e r vi c e   de m a n d.   I t   c a t e g o r i z e s   e xi s t i n g  pr e d i c t i o n   a p pr o a c h e s   i n t o   f o ur   d i m e ns i o ns   a n d  hi g hli g h t s   t h e i r   ke y   c h a r a c t e r i s t i c s .   B y   c o n s i de r i ng  v a r i o us   f a c t o r s   s uc h   a s   s e r vi c e   pe r f o r m a n c e ,   wo r kl o a d,   a n d  r e s o ur c e   u t i li z a t i o n ,   t h e   m e t h o d   a d j us t s   t h e   c o m put a t i o n   t i m e   us i ng  a   s l i d i ng   w i n do w  a n d  a s s e s s e s   t h e   s t a bil i t y   o f   r e c e n t   wor kl o a d.     Ya v a d  a n d  Ya v a d  [ 12]   i n t r o duc e   a   pr e di c t i ve   a n a ly s i s   ut i l i z i ng  de e p  l e a r ni ng  t e c hni que s ,   s pe c i f i c a l ly   L S T M ,   to   f o r e c a s t   f ut ur e   s e r v e r   l o a ds   i n   t i m e   s e r i e s   da t a .   T h e i r   s t ud y   e m p l o y s   t hi s   a na l y s i s   t o   a l l o c a t e   t h e   a ppr o pr i a t e   n u m be r   o f   c o n t a i ne r s   f o r   r un ni ng  a pp li c a t i o ns ,   e f f e c t i v e ly   m a n a g i ng  wo r kl o a d  f l uc t ua t i o n s .   A dd i t i o n a ll y ,   t h e i r   m o de l   i m p l e m e n t s   a   hy b r i d  a ppr o a c h   o f   ve r t i c a l   a n d  h o r i z o n t a l   e l a s t i c i t y   t o   e ns ur e   e f f i c i e n t   r e s o ur c e   a l l o c a t i o n   a n d  s c a l a bil i t y .   C he n   e t  al.   [ 13 ]   p r o p o s e   a   r e s o ur c e   us a ge   p r e d i c t i o n   m e t h o d  c a l l e d  R P T C N,   whi c h   ut i li z e s   t e m po r a l   c o n v o l ut i o n a l   ne t wor ks   ( T C Ns ) ,   a   f o r m   o f   de e p  l e a r ni ng,   i n   c l o ud  s y s t e m s .   T h e y   e nh a n c e   T C Ns   by  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n do n e s i a n   J   E l e c   E n g  &   C o m p  S c i     I S S N:   2 5 0 2 - 4 7 52         F or e c as ti ng  v ir tual   mac hine  r e s ou r c e   uti li z ati on  in  c loud  c omputing:   a  hy br id  ar ti f icial   …  ( R im  Dou k ha )   1889   i nc o r por a t i n g  a   f u ll y   c o nn e c t e d  l a y e r   a n d  a n  a tt e n t i o n   m e c ha ni s m   t o   e n h a n c e   pr e d i c t i o n   a c c ur a c y .     T o  un de r s t a n d  t h e   r e l a t i o n s hi p  b e t we e n   r e s o ur c e   us a ge   a c r o s s   di f f e r e n t   di m e ns i o n s   o v e r   t i m e ,   t h e   a ut h or s   c o n duc t   c o r r e l a t i o n   a n a ly s i s   t o   i de n t i f y   r e l e v a n t   pe r f o r m a n c e   i n d i c a t o r s   a s   m u l t i d im e ns i o n a l   f e a t ur e   i n put s   f o r   pr e di c t i o n .   T h e i r   e v a l ua t i o n   de m o n s t r a t e s   s i g nif i c a n t   i m pr o v e m e n t s   i n   pr e d i c t i o n   a c c ur a c y   c o m pa r e d  to  b a s e li ne   m e t h o ds .   De vi   a n d  Va ll i   [ 14]   f o c us e d  o n   r e s o ur c e   m a n a ge m e n t   w i t hi n  i nf r a s t r u c t u r e   a s   a   s e r vi c e   ( I a a S )   e nvi r o nm e n t s .   I t   e m p h a s i z e s   t h e   i m po r t a n c e   o f   e f f e c t i v e   r e s o ur c e   m a n a ge m e n t   to   m e e t   de m a n d  a s   i t   a r i s e s .   S pe c i f i c a ll y ,   t h e   s t udy   e x p l o r e s   t h e   r o l e   o f   pr e d i c t i n g  C P U  a n d  m e m o r y   ut i li z a t i o n   i n   c l o ud  r e s o ur c e   pr o vi s i o ni ng.   T o  a c hi e v e   t hi s ,   t h e   s t udy   pr o p o s e d  a   hy br i d  AR I M A - A NN   m o de l   f o r   f o r e c a s t i n g  f utur e   C P U  a n d  m e m o r y   ut i li z a t i o n .   T h e   hy br i d  m o de l   c o m bin e s   l i ne a r   c o m po n e n t s   de t e c t e d  by   t h e   AR I M A   mo de l   w i t h   n o nli ne a r   c o m po n e n t s   i de n t i f i e d  by   t h e   a r t i f i c i a l   ne ur a l   n e t wor k.   B y   l e v e r a g i ng  t h e   r e s i dua l s   de r i ve d  f r o m   t h e   A R I M A   m o de l ,   t h e   A NN   e nh a n c e s   t h e   r e c o gni t i o n   a n d  a m p li f i c a t i o n   o f   n o nli ne a r   pa tt e r n s   i n   C P U  a n d   m e m o r y   ut i li z a t i o n   t r a c e s .   T hi s   a ppr o a c h   e n a bl e s   t h e   pr e di c t i o n   o f   r e s o ur c e   u t i li z a t i o n   pa t t e r n s   by   c o n s i de r i n g  b o t h   l i ne a r   a n d  n o nli ne a r   c o m po n e n t s ,   pr o vi d i n g  va l ua bl e   i n s i g h t s   f o r   r e s o ur c e   m a na g e m e n t   i n  c l o ud  e nvi r o nm e n t s .   V i l a   e t  al.   [ 15]   e x p l o r e s   t h e   us e   o f   tr e n d  a n a ly s i s   a n d  t i m e   s e r i e s   f o r e c a s t i n g  t e c h ni que s   to  e n ha n c e   VM   c o n s o l i da t i o n   i n   c l o ud  da t a c e n t e r s .   B y   pr e di c t i n g  n e a r - f ut ur e   t r e n ds   i n   VM   r e s o ur c e   us a ge   a n d  h o s t   a v a il a bil i t y ,   t h e   s t ud y   a im s   t o  i m pr o v e   s c h e du l e r   de c i s i o n s   r e ga r d i ng  VM   m i gr a t i o n   a n d  h o s t   a l l o c a t i o n .   R e s u l t s   i nd i c a t e   s i g ni f i c a n t   r e duc t i o n s   i n   mi gr a t i o ns ,   S L A   vi o l a t i o ns ,   a n d  e n e r g y   c o ns u m pt i o n .   U l l a h   e t  al.   [ 16 ]   p r o p o s e d  a n   i n t e l li ge n t   c o m put i n g   f r a m e wo r k  f o r   pr e di c t i n g  c l o ud  VM   r e s o ur c e s   i n  m u l t i va r i a t e   t i m e - s e r i e s   da t a .   T h e   f r a m e wo r k  ut i l i z e s   B i - L S T M   f o r e c a s t i n g,   c o n s i d e r i n g  m u l t i p l e   r e s o ur c e   pa r a m e t e r s   s uc h   a s   C P U  us a ge ,   m e m o r y   us a g e ,   C P U  c o r e s ,   di s k  t h r o ugh put ,   a n d  n e t wo r k   t h r o ugh put.     B y   l e v e r a g i ng  de e p  l e a r ni n g  t e c hni que s ,   t h e   s t udy   a i m s   t o  i m pr o v e   t h e   a c c ur a c y   o f   wo r kl o a d  pr e di c t i o n   a n d   r e s o ur c e   m a n a ge m e n t   i n   c l o ud  da t a   c e n t e r s .   E v a l ua t i o n   us i ng  r e a l   wo r k l o a d  t r a c e s   de m o n s t r a t e s   t h e   e f f e c t i v e n e s s   o f   t h e   pr o p o s e d  f r a m e wo r k  i n   a c c ur a t e l y   f o r e c a s t i n g  c l o ud  r e s o u r c e s ,   p ot e n t i a ll y   e nh a n c i ng   r e s o ur c e   a l l o c a t i o n   e f f i c i e n c y   i n   c l o ud  e nvi r o nm e nt s .   I n   t h e   c o n t e x t   o f   VM   r e s o ur c e   ut i li z a t i o n   pr e d i c t i o n ,   e xi s t i n g  r e s e a r c h   d e b a t e s   t h e   r e l a t i v e   e f f e c t i v e n e s s   o f   li ne a r   v e r s us   n o nl i ne a r   m e t h o ds   [ 17] .   W hil e   s o m e   s t ud i e s   s ugge s t   t h a t  s t a t i s t i c a l   a nd  l i ne a r   m o de l s   o ut pe r f o r m   A NN s ,   pa r t i c u l a r ly   w h e n   s t r on g  c o r r e l a t i o n s   e xi s t   b e t we e n   i n de pe n de n t   v a r i a bles ,   ot h e r s   a r gue   t h a t   A NN s   a r e   m o r e   e f f e c t i v e   i n   c a pt ur i n g  c o m p l e x ,   n o nli ne a r   r e l a t i o ns hi ps .   G i v e n   t h e s e   c on t r a s t i n g   pe r s pe c t i ve s ,   hy br i d  m o de l s   h a v e   ga i ne d  a tt e n t i o n   i n   t i m e   s e r i e s   f o r e c a s t i n g,   a s   t h e y   c o m bi ne   t h e   s t r e n gt h s   o f   m u l t i p l e   a ppr o a c h e s ,   t h e r e by   mi n im i z i ng  t h e   r i s k  o f   e r r o r s   a s s o c i a t e d  wi t h   r e l yi ng  o n   a   s i n g l e   m e t h o d.   B u i l d i ng  o n   t hi s   f o u n da t i o n ,   o ur   s t udy   pr o p o s e s   a   n o v e l   hy br i d  f o r e c a s t i n g  m o de l   de s i g n e d  t o  pr e d i c t   C P U,   m e m o r y ,   a n d  d i s k  u t i li z a t i o n   i n   c l o ud  c o m put i n g  e nvi r o nm e n t s .   Unl i ke   pr e vi o us   m o de l s   t h a t   pr i m a r i ly   f o c us   o n   a   s i ng l e   r e s o ur c e   t y p e ,   o ur   h y br i d  a ppr o a c h   i n t e gr a t e s   t h e   c a pa bil i t i e s   o f   A R I M A   f o r   t e m po r a l   pa tt e r n   r e c o gni t i o n ,   L R   f o r   i de n t i f yi ng   l i ne a r   r e l a t i o ns hi ps ,   a n d  L S T M   f o r   m o de l i ng  c o m p l e x  s e que n c e s   a n d  de pe n de n c i e s .   T hi s   i n t e gr a t i o n   i s   i n t e n de d  to   p r o vi d e   a   m o r e   h o l i s t i c   a n d  a c c ur a t e   s o l ut i o n   f o r   r e s o ur c e   m a n a ge m e n t   i n   c l o ud  e nvi r o nm e n t s ,   a da pt a bl e   t o  v a r y i ng  wo r kl o a d  pa tt e r n s .   T h e   pr o p o s e d  hy b r i d  m o de l   i s   de s i g n e d  w i t h   a da p t a bi li t y ,   m a k i ng  i t   a pp l i c a bl e   a c r o s s   a   wi de   r a n ge   o f   c l o ud  i nf r a s t r uc t u r e s .   T hi s   a da pt a bil i t y   n o t  o nl y   o pt i mi z e s   r e s o ur c e   a l l o c a t i o n   b ut   a l s o   l a y s   t h e   gr o un dwor k  f o r   f ut ur e   a ppl i c a t i o ns   i n   VM   p l a c e men t   s t r a t e gi e s ,   a n   a r e a   c r i t i c a l   f o r   e nh a n c i ng  c o s t - e f f i c i e nc y   a n d  o v e r a ll   p e r f o r m a n c e   i n   c l o ud  da t a   c e n t e r s .   T a bl e   1  ( i n   A ppe n d i x )   pr o vi de s   a   s u mm a r y   o f   t h e   m a i n  wo r ks   pr e s e n t e d,   o f f e r i n g  a   c o m pa r a t i v e   o v e r vi e w  o f   t h e   m e t h o ds   a n d  t h e i r   r e s pe c t i v e   c o n t r i b ut i o n s   t o  th e   f i e l d.     T h e   r e s t   o f   t hi s   pa pe r   i s   o r ga ni z e d  a s   f o l l o ws :  s e c t i o n   2  de s c r i b e d  t h e   m e t h o d  us e d  i n   t hi s   s t ud y .   R e s u l t s   a n d   d i s c us s i o n   a r e   pr e s e n t e d  i n   s e c t i o n   3  a n d  s e c t i o n   4  c o n c l ude s   t hi s   wo r k   a n d  pr o vi de s   f ut ur e   d i r e c t i o ns .       2.   M E T HO D   I n   t hi s   s t ud y ,   we   de v e l o p  a   c o m pr e h e ns i ve   hyb r i d  m o de l   to  p r e d i c t   C P U,   m e m o r y ,   a n d  d i s k   ut i li z a t i o n   i n   c l o ud  e nvi r o nm e n t s .   T h e   f o l l o w i ng  s e c t i o n   o ut l i n e s   t h e   s pe c i f i c   s t e ps   a n d  t e c hni que s   e m p l o y e d   i n   d e v e l o p i ng  a n d  v a li da t i n g  t h e   pr e d i c t i v e   m o de l ,   s t a r t i n g  w i t h   da t a   pr e pr o c e s s i ng  a n d  m o vi ng  t h r o ugh   to  m o de l   im p l e m e n t a t i o n   a n d  e va l u a t i o n .   Our   a ppr oa c h   i s   de s i g n e d  t o  pr o v i d e   a   r o b us t   a n d  a da pt a bl e   s o l ut i o n  f o r   e f f i c i e n t   r e s o ur c e   m a n a ge m e n t   a c r o s s   di v e r s e   c l o ud  p l a t f o r m s .     2. 1.     Hi gh   l e ve l   a r c h it e c t u r e   f o r   p r e d ict in g  VM   r e s ou r c e s   T o  e s t a bl i s h   a   r o b us t   m e t h o d o l o g y   f o r   f o r e c a s t i n g  VM   r e s o ur c e   ut i l i z a t i o n ,   i n c l ud i ng  C P U,   m e m o r y   c o n s u m pt i o n   a n d  di s k  us a ge ,   we   b e g i n   by   c o l l e c t i n g  pe r f o r m a n c e   m e t r i c s   f r o m   a   r a n ge   o f   VM   us i n g   a m a z o n  we b   s e r vi c e s   ( AW S ) .   I n   t hi s   s e t up,   t h r e e   di s t i n c t   VM s   a r e   i ns t a n t i a t e d,   e a c h   r unni ng  d i f f e r e n t   wor k l o a ds .     T h e   r e s u l t i n g  m e t r i c s   a r e   s to r e d  i n   C S V  f o r m a t   w i t hi n   a m a z o n   s im p l e   s to r a ge   s e r vi c e   ( S 3) ,   a   hi g hly   s c a l a bl e   s to r a ge   s o l ut i o n   k n o wn   f o r   i t s   dur a bi li t y ,   a v a il a bil it y ,   s e c ur i t y ,   a n d  pe r f o r m a n c e   [ 18] .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2 5 0 2 - 4 7 52   In do n e s i a n   J   E l e c   E n g   &   C o m p  S c i ,  Vo l .   3 7 ,   N o .   3 ,  M a r c h   20 2 5 :   1 88 7 - 1 89 8   1890   T h e   o v e r a l l   a r c hi t e c t ur e   us e d  to  c o l l e c t ,   pr o c e s s ,   a n d  a n a ly z e   t h e   da t a   i s   i ll us t r a t e d   i n   F i gur e   1.     T hi s   f i gur e   pr o vi de s   a   vi s ua l   o v e r vi e w  o f   t h e   pr o c e s s   f l o w,   f r o m   da t a   c o l l e c t i o n   to  t h e   a pp l i c a t i o n   o f   t h e   hy br i d  m o de l   f o r   f o r e c a s t i n g  r e s o ur c e   u t i li z a t i o n .   S ub s e qu e n t l y ,   S pa r k  AW S   G l ue   w i t h   s p a r k  wa s   us e d  to  e x e c ut e   e s s e n t i a l   pr o c e s s i ng  t a s ks   o n   t h e   a c c u m u lat e d  da t a   to  e n s ur e   i t s   qua l i t y   a n d  c o n s i s t e nc y .   AW S   G l ue   o f f e r s   a   s e r v e r l e s s   da t a   i n t e gr a t i o n   s o l ut i o n ,   e m po we r i n g  a n a ly t i c s   us e r s   to  s e a m l e s s ly   d i s c o v e r ,   pr e p a r e ,   a n d  i n t e gr a t e   da t a   f r o m   d i v e r s e   s o ur c e s .   T h i s   s e r vi c e   s uppo r t s   a   s pe c tr um   o f   f u n c t i o n a li t i e s ,   i n c l ud i ng  a n a ly t i c s ,   m a c hi ne   l e a r ni ng,   a n d  a pp l i c a t i o n   de v e l o p m e n t .   AW S   G l ue   e n a bl e s   c o nn e c t i vi t y   t o   o v e r   70  da t a   s o ur c e   a n d  f a c il i t a t e s   c e n t r a l i z e d  da t a   m a n a ge m e n t   t h r o ugh   a   unif i e d  c a t a l o g.           F i gur e   1.   A r c hi t e c t ur e   f o r   da t a   c o l l e c t i o n ,   pr o c e s s i n g,   a n d  r e s o ur c e   u t i li z a t i o n   f o r e c a s t i n g       F o l l o w i ng  t h e   pr o c e s s i n g  p h a s e ,   t h e   r e f i ne d  da t a   wa s   s t or e d  i n   a   de d i c a t e d  S 3  b uc ke t   s pe c i f i c a ll y  de s i g n a t e d  f o r   pr o c e s s e d  da t a .   A t   t h i s   pr e pa r a to r y   s t a ge ,   t h e   a r c hi t e c t ur e   e m p l o y s   o ur   pr o p o s e d  hy b r id  m o de l   o n   t h e   pr o c e s s e d  da t a   to  f o r e c a s t  f ut ur e   r e s o ur c e   de m a n d s   f o r   VM s .   T h e   m o de l   c o m bi ne s   LR   s i m p li c i t y ,   A R I M A ’ s   t e m po r a l   i n s i g h t s ,   a n d  L S T M ’ s   a bil i t y  to  l e a r n   i n t r i c a t e   de pe n de n c i e s ,   r e s u l t i n g  i n   m o r e   pr e c i s e   a n d  r o b us t   o p t i m i z a t i o n .   T h e   s pe c i f i c   m e t r i c s   us e d   i n   t hi s   s t ud y ,   whi c h   a r e   c r i t i c a l   f o r   un de r s t a n d i ng  r e s o ur c e   ut i li z a t i o n   a c r o s s   d i f f e r e n t   wor kl o a ds ,   a r e   pr e s e n ted  i n   T a bl e   2.   T h e   f o l l o w i ng  s u bs e c t i o n   go e s   i n t o   de t a i ls   a b o ut   LR ,   A R I M A ,   a n d  L S T M ,   e x p l a i n i ng  t h e i r   i nd i v i dua l   s t r e n gt h s   a n d  a dv a n t a ge s   i n   t h e   c o n t e xt  o f   VM   r e s o ur c e   f o r e c a s t i n g.   A dd i t i o na l ly ,   i t   o u t l i ne s   t h e   b e n e f i t s   o f f e r e d  by   t h e   hy br i d  m o de l ,   hi g hli g h t i n g   h o w  t h e   c o m bi na t i o n   o f   t h e s e   t e c hni que s   i m pr o v e s   pr e d i c t i v e   a c c ur a c y   a n d  a da pt a bil i t y .     2. 2.     Hyb r id   m od e l   d e s c r ip t ion   T h e   hy br i d  m o de l   us e d  f o r   f o r e c a s t i n g  VM s   m e t r i c s   m e r ge s   t h r e e   s t a t i s t i c a l   a n d  m a c hi ne   l e a r ni ng  m o de l s .   I n   t hi s   pa r t ,   we   wi ll   s t udy   t h e   a d v a n t a ge s   a n d  l im i t a t i o n s   o f   e a c h   o f   t h e   m o de l s   us e d  s e pa r a t e l y   a n d  d i s c us s   t h e   s t r e n gt h s   o f   t h e   pr o p o s e d  hy b r i d  m o de l .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n do n e s i a n   J   E l e c   E n g  &   C o m p  S c i     I S S N:   2 5 0 2 - 4 7 52         F or e c as ti ng  v ir tual   mac hine  r e s ou r c e   uti li z ati on  in  c loud  c omputing:   a  hy br id  ar ti f icial   …  ( R im  Dou k ha )   1891   T a bl e   2.   VM s   m e t r i c s   M e tr i c   D e f in it i o n   T im e s ta mp   T im e  w h e n t h e  da ta  w a s  r e c o r d e d   C P U   p e r c e n t  1 t o  8   C P U  pe r c e n ta ge  us a ge   f or  e a c h  of  t h e   e ig ht   c o r e s   C P U   s ta ts  c tx  s w it c h e s   N umbe r   of   c o nt e x t  s w it c he s  i n t h e  C P U   C P U   s ta ts  i nt e r r upt s   N umbe r   of   in te r r upt s  ha ndl e d b y  t h e  C P U   C P U   s ta ts   s of t  in t e r r upt s   N umbe r   of  s of twa r e  i nt e r r upt s  ha ndl e d b y  t h e  C P U   C P U  s ta ts   s y s c a ll s   N umbe r   of  s y s te m c a ll s  ma de  b y   th e  C P U   C P U  f r e qu e n c y  c u r e nt   C ur r e nt   f r e que n c y   of   th e  C P U   C P U   us e d pe r c e nt a ge   O ve r a ll  C P U  us a ge  p e r c e n ta ge   C P U   c o unt   N umbe r   of  C P U s  i n t h e  s y s t e m   V ir tu a l  me m or y  t o ta l   T ot a l  vi r tu a l  m e m o r y  i n t h e  s y s t e m   V ir tu a l  me m or y  us e d   V ir tu a l  me m or y  us e d   V ir tu a l  me m or y   f r e e   F r e e   v i r tu a l  me m or y   V ir tu a l  me m or y  pe r c e nt   P e r c e nt a ge   of   v ir tu a l  m e m o r y  us e d   S w a p me m o r y  t o ta l   T ot a l  s w a p me m o r y  a v a il a bl e   S w a p me m o r y  us e d   S w a p me m o r y  us e d   S w a p me m o r y   f r e e   F r e e  s w a p me m or y   S w a p me m o r y  p e r c e nt   P e r c e nt a ge   of  s w a p me m o r y  us e d   S w a p me m o r y  s in   S w a p  me m o r y  i n  ( f r o m di s k)   S w a p me m o r y  s o ut   S w a p me m o r y   o ut   ( t o  di s k)   D is k us a ge  t o ta l   T ot a l  di s k s pa c e   D is k us a ge  us e d   U s e d di s k s pa c e   D is k us a ge  f r e e   F r e e  di s k s pa c e   D is k us a ge  pe r c e nt   P e r c e nt a ge   of  di s k s pa c e  us e d   D is k i o  r e a d c o unt   N umbe r   of   r e a d  o p e r a ti o ns   o n t h e  di s k   D is k i o  w r it e   c o unt   N umbe r   of  w r it e   o pe r a ti o ns  o n t h e  di s k   D is k i o  r e a d b y te s   N umbe r   of  b y t e s  r e a d  f r o m  th e  di s k   D is k i o  w r it e  b y t e s   N umbe r   of  b y t e s  w r it t e n t o  t h e  di s k   D is k i o  r e a d t im e   T im e  s p e nt   o n di s k r e a ds  ( in  mi ll is e c o nds )   D is k i o  w r it e  t im e   T im e  s p e nt   o n di s k w r it e s  ( in  mi ll is e c o nds )   VM   na me   N a me   of  t h e   v ir tu a l  ma c hi n e   o r  s e r v e r  w he r e  t h e  da ta  w a s  c o ll e c t e d       2. 2. 1.   L in e ar   r e g r e s s ion   LR   i s   a   s t a t i s t i c a l   t e c hni que   e m p l o y e d  f o r   m o de l li ng   t h e   r e l a t i o n s hi p  be t we e n   o n e   o r   m o r e   i nde pe n de n t   v a r i a bl e s   a n d  a   de p e n de n t   v a r i a bl e   [ 1 9] .   A t   i t s   c or e ,   LR   s e e ks   to   e s t a bl i s h   a   li ne a r   e qua t i o n   t h a t  b e s t   r e p r e s e n t s   t h e   r e l a t i o ns hi p  b e t we e n   i nput   f e a t ur e s   a n d  t h e   t a r ge t   v a r i a bl e   [ 20] .   T hi s   e qua t i o n   take s   t h e   f o r m :     = _ 0 + _ 1   _ 1 + _ 2   _ 2 + ⋯ + _   _     W h e r e :   y   r e pr e s e n t s   t h e   de pe n de n t   v a r i a bl e   ( e . g. ,   C P U   u t i li z a t i o n   o r   m e m o r y   us a ge )   X_1,   X_2,   … ,   X_n   de n o t e   t h e   i n de pe n d e n t   v a r i a bles   ( e . g. ,   C P U  f r e que nc y )   β _0,   β _1,   β_ 2,   … ,   β _n   a r e   t h e   c o e f f i c i e n t s   to  b e   e s t i m a t e d   T hi s   l i ne a r   r e l a t i o ns hi p  f a c il i t a t e s   pr e d i c t i o n   by   a ll o w i ng  us   to   e s t i m a t e   t h e   v a l ue   o f   t h e   de pe n de n t   v a r i a bl e   ( e . g. ,   C P U  u t i li z a t i o n )   b a s e d  o n   t h e   kn o wn   v a l ue s   o f   t h e   i nde pe n de n t   v a r i a bl e s   ( e . g. ,   C P U  f r e qu e n c y ) .   B y   a n a ly z i ng  hi s t o r i c a l   da t a   a n d  f it t i n g  a   LR   m o de l ,   we   c a n   e x t r a po l a t e   f ut ur e   r e s o ur c e   r e qu i r e m e n t s   f o r   VM s .   LR   s im p l i c i t y   a n d  i n t e r pr e t a bi li t y   m a k e   i t   a   v a l ua bl e   too l   f o r   tr e n d  a na ly s i s ,   e n a bli ng   us   to   i de n t i f y   a n d  qua n t i f y   t h e   i m pa c t   o f   e a c h  pr e d i c t or   v a r i a bl e   o n   t h e   t a r ge t   v a r i a bl e .   F ur t h e r m o r e ,     i t s   c o m put a t i o n a l   e f f i c i e n c y ,   e s pe c i a ll y   f o r   l a r ge   da t a s e t s ,   e n a bl e s   s w i f t   i m p l e m e n t a t i o n   a n d  tr a i ni n g,   m a k i ng   i t   s u i t a bl e   f o r   r e a l - t i m e   f o r e c a s t i n g  t a s ks   i n   c l o ud  e nvi r o nm e n t s   [ 21] .   Ho we v e r ,   i t ’ s   c r uc i a l   t o   a c kn o w l e dge   t h e   a s s u m pt i o n s   a n d  l im i t a t i o n s   o f   LR .   T h e   m e t h o d  r e l i e s   o n  t h e   a s s u m pt i o n   o f   l i ne a r i t y   b e t we e n   t h e   i nde pe n d e n t   a n d  de p e n de n t   v a r i a bl e s ,   a n d  i t s   pe r f o r m a nc e   m a y   b e   c o m pr o m i s e d  i n   t h e   pr e s e n c e   o f   o ut l i e r s   o r   hi g hly   c o r r e l a t e d  pr e di c t o r s .   A dd i t i o n a ll y ,   LR   s t r ugg l e s   w i t h  c a pt ur i n g  n o n - li ne a r   r e l a t i o n s hi ps   a n d  i s   s us c e pt i bl e   to   m u l t i c o l li ne a r i t y   i s s ue s   wh e n   de a li ng  w i t h   hi g hly  c o r r e l a t e d  pr e di c t o r s .     2. 2. 2.   AR I M A   A R I M A ,   a n   a c r o ny m   f o r   a uto  r e gr e s s i v e   i n t e gr a ted  m o vi n g  a v e r a ge ,   i s   a   we l l - k n o wn   t i m e   s e r i e s   f o r e c a s t i n g  t e c hni que   t h a t   i n t e gr a t e s   a u to   r e gr e s s i o n   ( A R ) ,   i n t e gr a t e d  ( I ) ,   a n d  m o vi ng  a v e r a ge s   ( M A )   [ 22] .     I n   a n   A R I M A   m o de l   de n o t e d   a s   A R I M A   ( p,   d ,   q) ,   “ p ”   r e pr e s e n t s   t h e   o r de r   o f   t h e   a uto   r e gr e s s i v e   c o m po n e n t ,   “ d ”   s i g nif i e s   t h e   de gr e e   o f   d i f f e r e n c i ng,   a n d  “ q ”   de n o t e s   t h e   or de r   o f   t h e   m o vi ng  a v e r a ge   c o m po n e n t   [ 23] .   He r e ’ s   a   b r e a kdo w n   o f   e a c h   c o m po ne n t   o f   AR I M A   m o de l :   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2 5 0 2 - 4 7 52   In do n e s i a n   J   E l e c   E n g   &   C o m p  S c i ,  Vo l .   3 7 ,   N o .   3 ,  M a r c h   20 2 5 :   1 88 7 - 1 89 8   1892     T h e   A R   pa r t  c a p t ur e s   t h e   r e l a t i o ns hi p  b e t we e n   a n   o b s e r v a t i o n   a n d  a   n u m be r   o f   l a gge d  o b s e r v a t i o n s     ( i . e . ,   pa s t   v a l ue s ) ;     T h e   i n t e gr a t e d  ( I )   pa r t  i nv o l v e s   d i f f e r e nc i ng  t h e   r a w  o b s e r v a t i o n s   t o  m a k e   t h e   t i m e   s e r i e s   s t a t i o n a r y ;     T h e   M A   pa r t  c a pt u r e s   t h e   r e l a t i o n s hi p  be t we e n   a n   o b s e r v a t i o n   a n d  a   r e s i dua l   e r r o r   f r o m   a   m o vi ng   a v e r a ge   m o de l   a pp l i e d  to  l a gge d  o b s e r v a t i o n s .   W hil e   A R I M A   i s   r e n o w n e d  of   s im p li c i t y   a n d  v e r s a t i li t y ,   i t   o pe r a t e s   un de r   t h e   a s s u m pt i o n   o f   li ne a r i t y   i n   t h e   r e l a t i o ns hi p  b e t we e n   pa s t   a n d  f ut ur e   v a l ue s   [ 24] .   A dd i t i o na l ly ,   i t   m a y   s t r uggl e   w i t h   c a pt ur i n g   l o n g - t e r m   de pe n de n c i e s   a n d  n o nl i ne a r   tr e n ds   i n   th e   da t a .   Ne v e r t h e l e s s ,   A R I M A   r e m a i ns   a   v a l ua ble  too l   f o r   t i m e   s e r i e s   f o r e c a s t i n g,   e s pe c i a ll y   w he n   de a l i ng  w it h   s t a t i o n a r y   da t a   a n d  s h o r t - t e r m   pa tt e r n s .     2. 2. 3.   L S T M   L S T M ,   a n   a c r o ny m   f o r   l o n g - s h o r t   t e r m   m e m o r y   n e t wo r ks ,   r e pr e s e n t s   a   s o phi s t i c a t e d  c l a s s   o f   R NN   a r c hi t e c t ur e   de s i g n e d  t o   a dd r e s s   t h e   c h a ll e n ge s   a s s o c i a t e d  w i t h   m o de l li ng   s e qu e n t i a l   da t a   [ 25] ,   pa r ti c u l a r ly   t h e   v a ni s hi ng  gr a d i e n t   pr o bl e m   i nhe r e n t   i n   t r a di t i o n a l   R NN s .   L S T M s   e x c e l   i n  c a pt ur i n g  i n t r i c a t e ,   l o n g - t e r m   de pe n d e n c i e s   i n   s e que n c e s ,   m a k i ng  t h e m   w e l l - s u i t e d  f o r   t a s ks   s uc h   a s   t i m e   s e r i e s   f o r e c a s t i n g  a n d   n a t ur a l   l a n gua ge   pr o c e s s i ng  [ 26] .   T h e   F i gur e   2  i ll us t r a t e s   L S T M   a r c hi t e c t ur e .   I t  c o n s i s t s   o f   s e v e r a l   c o m po ne n t s ,   i n c l ud i ng  i n put   ga t e s ,   f o r ge t  ga t e s ,   o u t pu t  ga t e s ,   a n d  a   m e m o r y   c e l l .   E a c h   c o m po n e n t   pl a y s   a   c r uc i a l   r o l e   i n   pr o c e s s i ng  a n d   r e t a i ni ng  i nf o r m a t i o n   o v e r   e x t e n d e d  s e que n c e s .     I n put   ga t e :  t hi s   ga t e   de t e r m i ne s   w hi c h   i nf o r m a t i o n  f r o m   t h e   c ur r e n t   i n put   s h o u l d  b e   s t o r e d   i n   t h e   m e m o r y   c e l l .   I t  r e gul a t e s   t h e   f l o w  o f   i nf o r m a t i o n   b a s e d  o n   th e   i nput   da t a   a n d  t h e   c ur r e n t   s t a t e .     F o r g e t  g a t e :   i t   de c i de s   whi c h   i nf o r m a t i o n   f r o m   t h e   pr e vi o us   s t a t e   o f   t h e   m e m o r y   c e l l   s h o u l d  b e   d i s c a r de d  o r   f o r g ott e n .   I t  s e l e c t i v e ly   upda t e s   t h e   m e m o r y   c e ll   by   r e m o vi ng  i r r e l e v a n t   i nf o r m a t i o n .     Out pu t  ga t e :   t h e   o u t pu t  ga t e   c o n t r o l s   t h e   f l o w  o f   i n f o r m a t i o n   f r o m   t h e   m e m o r y   c e ll   t o   t h e   o u t pu t   of   t h e   L S T M   uni t .   I t   de t e r m i ne s   w hi c h   i nf o r m a t i o n   s h o u l d  b e   pa s s e d  o n   to  t h e   n e x t   l a y e r   o f   t h e   n e t wo r k   o r   us e d  f o r   m a k i ng  pr e d i c t i o n s .     M e m o r y   c e ll :  t h e   m e m o r y   c e ll   s t o r e s   a n d  m a i n t a i ns   i nf o r m a t i o n   o v e r   t i m e .   I t   r e t a i n s   im p o r t a n t  i n f o r m a t i o n   f r o m   pa s t   t i m e   s t e ps   a n d  upda t e s   i t s   s tat e   b a s e d  o n   i n put   da t a   a n d  ga t e   o pe r a t i o n s .           F i gur e   2.   L S T M   a r c hi t e c t ur e       T h e   L S T M   a r c hi t e c t ur e   a l l o ws   f o r   t h e   e f f e c t i v e   c a pt ur e   o f   l o n g - t e r m   de p e n de n c i e s   i n   s e que n t i a l   da t a   by   s e l e c t i v e ly   r e t a i ni n g  a n d  upda t i n g  i nf o r m a t i o n   t h r o ugh   t h e   m e m o r y   c e ll   a n d  ga t e   m e c h a ni s m s .     T hi s   c a pa bil i t y   m a ke s   L S T M   we ll - s u i t e d  f o r   t a s ks   s uc h   a s   t i m e   s e r i e s   f o r e c a s t i n g  a n d  n a t ur a l   lan gua g e   pr o c e s s i n g,   wh e r e   un de r s t a n d i ng  c o n t e x t ua l   r e l a ti o n s hi p s   o v e r   e x t e n de d  s e que n c e s   i s   c r uc i a l   f o r   a c c ur a t e   pr e d i c t i o n s .   De s p i t e   t h e i r   e f f e c t i v e n e s s ,   L S T M s   c o m e   w i t h  c o m put a t i o n a l   de m a n d s   due   to  t h e i r   c o m p l e x  s t r uc t ur e .   A c hi e vi ng  o pt i m a l   p e r f o r m a n c e   o f t e n   r e qu i r e s   a   s u bs t a n t i a l   a m o u n t   o f   t r a i ni ng  da t a .   A dd i t i o n a ll y ,   t uni n g  t h e   n u m e r o us   hy pe r pa r a m e t e r s   o f   a n   L S T M   c a n   b e   a   n o n - t r i vi a l   t a s k.   W hil e   L S T M s   o f f e r   un p a r a l l e l e d   c a pa bi li t i e s   i n   c a pt ur i n g  t e m po r a l   de pe n de nc i e s ,   us e r s   s h o u l d  c a r e f u ll y   c o ns i de r   c o m put a t i o n a l   r e s o ur c e s ,   da t a   a v a i l a bil i t y ,   a n d  t uni n g  e f f o r t s   wh e n   i nc o r p o r a t i n g  L S T M s   i n t o   t h e i r   m o de l li ng   wo r kf l o ws .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n do n e s i a n   J   E l e c   E n g  &   C o m p  S c i     I S S N:   2 5 0 2 - 4 7 52         F or e c as ti ng  v ir tual   mac hine  r e s ou r c e   uti li z ati on  in  c loud  c omputing:   a  hy br id  ar ti f icial   …  ( R im  Dou k ha )   1893   Af t e r   a n a ly z i ng  t h e   a d v a n t a ge s   a n d  l im i t a t i o n s   o f   e a c h   o f   t h e   a b o v e   m o de l s ,   we   c r e a t e d  a   hy br i d   m o de l   t h a t   i n t e gr a t e s   A R I M A ,   LR ,   a n d  L S T M   to   c o m bi ne   t h e   s t r e n gt h s   o f   e a c h   m e t h o d  a n d  c r e a t e   a   r o b us t  f o r e c a s t i n g  f r a m e wo r k.   I n   t hi s   hy br i d  a ppr o a c h ,   e a c h   m o de l   i n de pe n d e n t l y   pr o c e s s e s   t h e   s a m e   i nput  da t a ,   ge n e r a t i n g  i t s   o wn   s e t  o f   pr e d i c t i o n s   f o r   C P U,   m e m o r y ,   a n d  d i s k  ut i li z a t i o n .   T h e   o u t pu t s   o f   t h e s e   m o de l s   a r e   t h e n   i n t e gr a t e d  t h r o ugh   a   we i g h t e d  a v e r a g i ng  m e t h o d,   wh e r e   t h e   f i na l   pr e d i c t i o n   i s   c o m put e d  a s   a   we i g h t e d  s u m   o f   t h e   i n d i vi du a l   m o de l   pr e d i c t i o ns .   T h e   we i g h t s   a s s i g n e d  to   e a c h   m o de l ’ s   o ut pu t  we r e   de t e r m i ne d  b a s e d   o n   t h e i r   pe r f o r m a nc e   dur i n g  a   v a li da t i o n   p h a s e ,   wh e r e   e a c h   m o de l   wa s   t r a i n e d  o n   80%   o f   t h e   c o l l e c t e d   da t a   a n d  v a li da t e d  o n   t h e   r e m a i ni ng  20% .   T h e   a c c ur a c y   o f   e a c h   m o de l   wa s   e v a l ua t e d  us i n g  t h e   m e a n   a bs o l ut e   pe r c e n t a ge   e r r or   ( M A P E ) ,   wi t h   we i g h t s   be i n g  i nve r s e l y   pr o p o r t i o n a l   t o   t h e   M A P E   s c o r e s ,   m o de l s   w it h   l o we r   M A P E   s c or e s ,   i n d i c a t i n g  hi g h e r   a c c ur a c y ,   we r e   g i v e n   gr e a t e r   we i g h t .   T h e s e   we i g h t s   we r e   t h e n   n o r m a l i z e d  to  e ns ur e   t h a t   t h e i r   s u m   e qua l s   o ne ,   t h e r e by   m a i n t a i nin g  a   b a l a n c e d  c o n t r i b ut i o n   f r o m   e a c h   m o de l .   A dd it i o n a ll y ,   t h e   hy b r i d  m o de l   i n c o r por a t e s   a   dy n a m i c   we igh t   a dj u s t m e n t   m e c h a ni s m ,   a l l o w i ng  t h e   we i g ht s   to  b e   pe r i o d i c a ll y   upd a t e d  b a s e d  o n   o n go i n g  pe r f o r m a n c e   o n   n e w  da t a .   T hi s   a ppr o a c h   e ns ur e s   t h a t   t h e   hy b r i d   m o de l   r e m a i ns   a da pt a bl e   a n d  c o n t i n ue s   to   de l i ve r   a c c ur a t e   p r e di c t i o ns   a c r o s s   v a r y i ng  wo r kl o a d  pa tt e r n s ,   t h us   e nh a nc i n g  t h e   o v e r a l l   r o b us t n e s s   o f   t h e   f o r e c a s t i n g   f r a m e wo r k.   T o  e v a l ua t e   t h e   pe r f o r m a n c e   o f   t h e   pr o p o s e d  m o de l ,   w e   t r a i n e d  o ur   c o l l e c t e d  da t a   us i n g  LR ,  A R I M A ,   L S T M ,   a n d  t h e   pr o p o s e d  hy b r i d  m o de l .   W e   c o m pa r e d  t h e   r e s u l t s   by   c a l c u l a t i n g  t h e   a c c ur a c y   o f   e a c h   m o de l   us i ng  M A P E .   T h e   n e x t   s e c t i o n   de s c r i b e s   t h e   o b t a i n e d  r e s u l t s .       3.   RE S UL T S   AN D  DI S CU S S I ON   Af t e r   c o l l e c t i n g  da t a   f r o m   E C 2  i ns t a n c e s   a n d  pr o c e s s i ng  i t ,   we   c r e a t e d  t w o   s e pa r a t e   da t a s e t s :  o n e   f o r   t r a i ni ng  a n d  o n e   f o r   t e s t i n g  t h e   a c c ur a c y   o f   t h e   LR ,   A R I M A ,   L S T M ,   a n d  hy br i d  m o de l s .   T h e   pr i mar y   go a l   wa s   to   e v a l ua t e   h o w  we l l   e a c h   m o de l   c o u l d  pr e d i c t   VM   r e s o ur c e   u t i l i z a t i o n ,   s pe c if i c a ll y   f o c u s i n g  o n   C P U,   m e m o r y ,   a n d  d i s k  us a ge .   F i gur e   3  c o m pa r e s   t h e   a c t ua l   da t a   w i t h   t h e   pr e di c t i o ns   ge ne r a t e d  by   e a c h   m o de l ,   f o c us i ng  o n   s e l e c t e d  e x t r a c t s   o f   C P U,   m e m o r y ,   a n d  d i s k  us a ge   da t a .   F i gur e   3( a )   i ll us t r a t e s   t h e   C P U  us a ge   e s t i m a t i o n ,   F i gur e   3( b )   s h o ws   t h e   m e m o r y   us a ge   e s t i m a t i o n ,   a n d  F i gur e   3( c )   pr e s e n t s   t h e   d i s k  us a ge   e s t i m a t i o n .   F i gur e s   4 - 6  f ur t h e r   b r e a k  d o wn   t h e   r e s ul t s   by   il l us t r a t i n g  t h e   a c c ur a c y   o f   e a c h   m o de l   i n   f o r e c a s t i n g  m e m o r y ,   C P U,   a n d  d i s k  ut i li z a t i o n ,   r e s pe c t i v e ly .   F i gur e   3  s h o ws   t h a t   t h e   hy b r i d  m o de l   c o ns i s t e n t l y  pr o vi de s   pr e d i c t i o n s   t h a t   a r e   c l o s e r   t o  t h e   a c t ua l   da t a   c o m pa r e d  t o  t h e   i n d i v i dua l   m o de l s .   T hi s   f i nd i ng  c o nf i r m s   t h e   hy po t h e s i s   t h a t   i n t e gr a t i n g  d i f f e r e n t   m o de l s   c a n   l e a d  t o   s upe r i o r   pe r f o r m a n c e ,   a l i g nin g  w i t h   t h e   wo r k   o f   Ya da v   a n d  Ya da v   [ 12] ,   w h o   a l s o   de m o ns t r a t e d  t h e   b e ne f i t s   o f   hy br i d  a ppr o a c h e s   i n   wo r kl o a d  pr e di c t i o n .   Ho we v e r ,   o ur   s t udy   e x t e n d s   t hi s   by  n o t  o nl y   f o c u s i n g  o n   C P U  wor kl o a d  b ut   a l s o   i n t e gr a t i n g  m e m o r y   a n d  d i s k  ut i l i z a t i o n   pr e di c t i o ns ,   pr ovi d i ng  a   m o r e   c o m pr e h e ns i ve   s o l ut i o n   f o r   c l o ud  r e s o u r c e   m a n a g e m e n t .   F o r   m e m o r y   ut i li z a t i o n ,   t h e   hy b r i d  m o de l   a c hi e ve s   a n   i m pr e s s i ve   a c c ur a c y   o f   98. 99% ,   s i g ni f i c a n t l y  o u t pe r f o r m i ng  L S T M   ( 95. 00% ) ,   A R I M A   ( 88. 50% ) ,   a n d  LR   ( 96. 40 % ) .   T hi s   hi g h   l e ve l   o f   a c c ur a c y   in d i c a t e s   t h a t   t h e   hy b r i d  m o de l   e f f e c t i v e ly   c a pt ur e s   t h e   c o m p l e x   pa t t e r n s   a n d  de pe n d e n c i e s   i nhe r e n t   i n  m e m o r y   ut i li z a t i o n   da t a .   W hi l e   W u  e t  al.   [ 7]   e m p ha s i z e d  t he   a dva n t a ge s   o f   a da pt i v e   hy br i d  m o de l s   i n  gr i d  c o m put i n g,   o ur   r e s ul t s   hi g hl i g h t   t h e   a dde d  v a l ue   o f   i n c o r por a t i n g  LR   a l o n g s i de   AR I M A   a n d  L S T M ,   pa r t i c u l a r l y   i n   c l o u d   e nvi r o nm e n t s   wh e r e   d i v e r s e   wo r kl o a d  pa tt e r n s   a r e   pr e s e n t .   S i m il a r ly ,   i n   t h e   c o n t e x t  o f   di s k  ut i l i z a t i o n ,   t h e   h y br i d  m o de l   e x c e l s   w i t h   a n   a c c ur a c y   o f   99. 53% ,   s ur pa s s i ng  L S T M   ( 94. 50% ) ,   A R I M A   ( 92. 50% ) ,   a n d  LR   ( 93. 10% ) .   T h e   r o b us t n e s s   o f   t h e   hy br i d  a p pr o a c h   i n   f o r e c a s t i n g  d i s k  ut i li z a t i o n   hi g hli g h t s   i t s   a bi li t y   t o  i n t e gr a t e   a n d  e nh a n c e   t h e   s t r e n gt h s   o f   i nd i vi du a l   m o de l s ,   m a k i ng  i t   pa r t i c u l a r ly   e f f e c t i v e   f o r   da t a   wi t h   bot h   l o n g - t e r m   de pe n de nc i e s   a n d  s h o r t - t e r m   f l uc t ua t i o n s .     T hi s   r e s u l t   b u i l d s   o n   t h e   f i nd i ng s   o f   B a n e r j e e   e t  al.   [ 10 ] ,   wh o  f o c us e d  o n   C P U  w o r kl o a d  pr e d i c t i o n ,     by   de m o n s t r a t i n g  t h a t   o u r   hy b r i d  a ppr o a c h   i s   v e r s a t i l e   e n o ugh   to  h a n d l e   m u l t i p l e   r e s o ur c e   t y pe s .   H ow e v e r ,   i n   p r e di c t i n g   C P U   u t i l i z a t i on ,   th e   h y b r i d   m od e l   a c h i e v e s   a n   a c c u r a c y   o f   8 9 . 5 0 % .   W h i l e   th i s   i s   th e   b e s t  p e r f or m a n c e   a m o n g   th e   m od e l s   te s te d ,   i t  i s   n ota b l y   l ow e r   th a n   th e   a c c u r a c i e s   a c h i e v e d   f or   m e m or y   a n d   di s k   u ti l i z a ti on .   T h i s   di s c r e p a n c y   c oul d   b e   d u e   t o   th e   i n h e r e n t l y   c o m pl e x   a n d   v o l a t i l e   n a tu r e   of   C P U   u s a g e   p a t te r n s ,   w h i c h   m i gh t  i n v o l v e   s u d d e n   s pi k e s   a n d   d r o p s   th a t  a r e   m or e   c h a l l e n gi n g   to  p r e d i c t.   T h i s   f i n di n g   s u g g e s ts   th a t   f u r th e r   r e f i n e m e n t  i n   th e   m od e l ,   s u c h   a s   i n c or p o r a ti n g   a d di t i o n a l   f e a tu r e s   or   f i n e - tu n i n g   th e   e x i s t i n g   p a r a m e te r s ,   m i gh t  b e   n e c e s s a r y   to  b e t te r   c a p tu r e   th e   n u a n c e s   of   C P U   u s a g e .   T h i s   a l i gn s   wi th   th e   ob s e r v a ti on s   o f   C h e n   e t   a l .   [ 1 3 ] ,   w h o   h i gh l i gh te d   th e   c h a l l e n g e s   of   p r e di c t i n g   h i gh l y   dy n a m i c   w or k l oa d s   i n   c l ou d   e n v i r on m e n ts .   I n   c o m pa r i s o n   t o  t h e   wor k  by   M a t o us s i   a n d  Ha m r o uni   [ 11] ,   wh o   i n t r o duc e d   a   t e m po r a l   l o c a li t y - b a s e d  a ppr o a c h   f o r   pr e d i c t i n g  S a a S   r e que s t   i nf lux ,   o ur   hy b r i d  m o de l   pr o vi de s   a   b r o a de r   a ppl i c a t i o n   by   f o c us i ng  o n   t h e   pr e d i c t i o n   o f   C P U,   m e m o r y ,   a n d  d i s k  ut i li z a t i o n   a c r o s s   d i f f e r e n t   t y pe s   o f   wo r k l o a ds .     T hi s   a dds   s i g nif i c a n t   v a l ue   to  o ur   a ppr o a c h ,   a s   i t   o f f e r s   a   m o r e   h o l i s t i c   s o l ut i o n   to  r e s o u r c e   m a n a g e m e n t   i n  c l o ud  e nvi r o nm e n t s .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2 5 0 2 - 4 7 52   In do n e s i a n   J   E l e c   E n g   &   C o m p  S c i ,  Vo l .   3 7 ,   N o .   3 ,  M a r c h   20 2 5 :   1 88 7 - 1 89 8   1894     ( a )       ( b )       ( c )     F i gur e   3.   C o m pa r e s   t h e   a c t ua l   da t a   ( a )   e x t r a c t   o f   C P U  us a ge   e s t i m a t i o n ,   ( b )   m e m o r y   us a ge   e s t i m a t i o n,   a n d  ( c )   di s k  us a g e   e s t i m a t i o n           F i gur e   4.   C P U  us a ge   a c c ur a c y   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n do n e s i a n   J   E l e c   E n g  &   C o m p  S c i     I S S N:   2 5 0 2 - 4 7 52         F or e c as ti ng  v ir tual   mac hine  r e s ou r c e   uti li z ati on  in  c loud  c omputing:   a  hy br id  ar ti f icial   …  ( R im  Dou k ha )   1895       F i gur e   5.   M e m o r y   us a g e   a c c ur a c y           F i gur e   6.   Di s k  us a ge   a c c ur a c y       Our   f i nd i ng s   a r e   c o n s i s t e n t   wi t h   e a r l i e r   r e s e a r c h ,   i n c l ud i ng  t h e   wo r k  o f   B i   e t  al.   [ 8] ,   whi c h   a l s o   de m o ns t r a t e d  t h a t  hy b r i d  m o de l s   c a n   s u b s t a n t i a ll y   e nh a n c e   pr e d i c t i o n   a c c ur a c y   c o m pa r e d  t o  s i n g le - m o de l   m e t h o ds .   Ho we v e r ,   o u r   s t udy   a d v a n c e s   t h e   f i e l d  by   i n t e gr a t i n g  LR ,   whi c h   i s   o f t e n   o v e r l o o ke d  i n   f a v o r   o f   m o r e   c o m p l e x   m o de l s   li ke   L S T M .   T h e   i nc l u s i o n  o f   LR   h e l p s   c a pt ur e   l i ne a r   t r e n ds   t h a t   m i g h t   n o t  b e   f u l ly  a ddr e s s e d  by   L S T M   o r   A R I M A   a l o n e .   T hi s   c o m bi n a t i o n   i s   p a r t i c u l a r ly   e f f e c t i ve   i n  e nvi r o nm e n t s   w i t h   a   mi x   o f   l i ne a r   a n d  n o n - li ne a r   pa tt e r n s ,   a s   de m o n s t r a t e d   by   o ur   r e s u l t s .     M o r e o v e r ,   whi l e   De vi   a n d  Va ll i   [ 14]   f o c us e d  o n   th e   i n t e gr a t i o n   o f   A R I M A   a n d  AN N  f o r   C P U   a n d   m e m o r y   ut i li z a t i o n ,   o ur   w o r k  e x t e n ds   t h e   hy b r i d  a ppr o a c h   by   i nc o r por a t i n g  d i s k  ut i li z a t i o n ,   pr o vi d i n g  a   m o r e   h o l i s t i c   s o l ut i o n .   T hi s   i s   a   s i g nif i c a n t   a dde d  v a l ue ,   e s pe c i a ll y   i n  c l o ud  e nvi r o nm e n t s   w h e r e   m u l t i p l e   r e s o ur c e s   m us t   b e   m a na ge d  s i m u l t a ne o us l y .   O n e   l im i t a t i o n   o f   o ur   s t udy   i s   t h e   r e l a t i v e ly   l o w e r   a c c ur a c y   i n   pr e d i c t i n g   C P U  u t i li z a t i o n ,   whi c h   c o ul d  b e   a tt r i b ut e d  to  t h e   c o m p l e xi t y   o f   C P U  us a ge   pa tt e r n s .   T hi s   l i mi t a t i o n   s ugge s t s   t h a t   f ut ur e   w o r k  c o ul d  e x p l o r e   a dd i t i o n a l   m o de l li n g   t e c h ni que s   o r   i n c o r po r a t e   m o r e   gr a n u l a r   da t a   to   im pr o v e   pr e d i c t i o n s   i n   t hi s   a r e a .   Ov e r a ll ,   o ur   r e s u l t s   un de r s c o r e   t h e   e f f e c t i v e n e s s   o f   t h e   hy b r i d  m o de l   i n   f o r e c a s t i n g  VM   r e s o ur c e   ut i li z a t i o n   a c r o s s   d i f f e r e n t   m e t r i c s .   T h e   f i nd i ng s   f r o m   t hi s   s t ud y   a r e   s i g nif i c a n t   f o r   c l o ud  s e r vi c e   pr o vi de r s ,     a s   t h e y   o f f e r   a   a c c ur a t e   a n d  a da pt a bl e   s o l ut i o n  f o r   m a n a g i ng  r e s o ur c e s   a n d  o p t i mi z i ng  VM   p l a c e m e n t .     F ut ur e   r e s e a r c h   c o u l d  f o c us   o n   e n h a nc i n g  t h e   hy b r i d  m o de l ’ s   pe r f o r m a nc e   i n   pr e d i c t i n g  C P U  ut i l i z a t i o n   by  e x p l o r i ng  a dd i t i o n a l   f e a t ur e s   o r   a l t e r n a t i v e   m o de ll i ng   t e c hni qu e s .   A dd i t i o n a ll y ,   a pp lyi ng  t hi s   m o de l   i n  r e a l - t i m e   c l o ud  e nvi r o nm e n t s   a n d  e x t e n d i ng  i t s   c a pa bi li t i e s   t o  i n c l ude   ot h e r   f o r m s   o f   r e s o ur c e   pr e di c t i o n ,   s uc h   a s   n e t wo r k   b a n dw i dt h   a n d  I /O  o pe r a t i o n s ,   c o ul d  f ur t he r   v a l i d a t e   i t s   e f f e c t i ve n e s s   a n d  ge n e r a li z a bil i t y .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2 5 0 2 - 4 7 52   In do n e s i a n   J   E l e c   E n g   &   C o m p  S c i ,  Vo l .   3 7 ,   N o .   3 ,  M a r c h   20 2 5 :   1 88 7 - 1 89 8   1896   4.   CONC L USI ON   I n   t hi s   s t ud y ,   we   i n t r o duc e d  a   hy b r i d  f o r e c a s t i ng  m o de l   t h a t   m e r ge s   AR I M A ,   LR ,   a n d  L S T M   t e c h ni que s   to  pr e di c t   VM   r e s o ur c e   us a ge   i n   c l o u d  c o m put i n g  e nvi r o nm e n t s .   B y   c o m bi ni ng  t h e s e   m e t h o ds ,   o ur   m o de l   a c hi e v e s   s upe r i o r   f o r e c a s t i n g  a c c ur a c y  a n d  a d a pt a bi li t y   a c r o s s   v a r i o us   t i m e   pa t t e r n s ,   e f f e c t i v e l y  c a pt ur i n g  b o t h   s h o r t - t e r m   c h a n ge s   a n d  l o n g - t e r m   t r e n ds   i n   C P U,   m e m o r y ,   a n d  d i s k  us a ge .   Our   e x pe r i m e n t s   de m o ns t r a t e   t h a t   t h e   hy b r i d  m o de l   o ut pe r f o r m s   i nd i v i dua l   m o de l s ,   pr o vi d i ng  m o r e   a c c ur a t e   a n d   r e l i a bl e   pr e d i c t i o n s .   T hi s   i s   pa r t i c u l a r ly   im po r t a n t   f o r   c l o ud  s e r vi c e   pr o vi de r s   w h o   n e e d  pr e c i s e   f o r e c a s t s   to  o p t i mi z e   r e s o ur c e   a l l o c a t i o n ,   r e duc e   o pe r a t i o n a l   c o s t s ,   a n d  e ns ur e   s e r vi c e   qua l i t y .   T h e   m o de l ’ s   a bi li t y   t o  c o m bi ne   t h e   i n t e r pr e t a bi li t y   o f   A R I M A   a n d  LR   w i t h   t h e   de e p   l e a r ni ng  c a pa bi li t i e s   o f   L S T M   o f f e r s   a   po we r f u l   to o l   f o r   un de r s t a n d i ng  a n d  m a n a g i ng  c o m p l e x   r e s o ur c e   ut i l i z a t i o n   pa t t e r n s .   T h e s e   f i nd i ngs   ha v e   s i g nif i c a n t   i m p l i c a t i o n s   f o r   t h e   f i e l d  o f   c l o ud  c o m put i n g,   pa r t i c u l a r ly   i n   e nh a nc i n g  t h e   e f f i c i e nc y   a n d  s us t a i n a bil i t y   o f   c l o ud   i nf r a s t r uc t u r e s .   T h e   m o de l ’ s   a da pt a bil i t y   to  v a r i o us   wo r kl o a d  pa tt e r n s   a l s o   m a ke s   i t   a   v a l ua bl e   a s s e t   f o r   de v e l o p i n g  a dv a nc e d  VM   p l a c e m e n t   s tr a t e gi e s ,   c o n t r i b ut i n g  to  t h e   o v e r a l l   im pr o v e m e n t   o f   c l o ud  s e r vi c e   pe r f o r m a n c e .   L oo ki n g  f o r wa r d,   f ut ur e   w o r k   wi l l  f o c us   o n   r e f i n i ng  a n d  o p t i mi z i ng  t h e   hy b r i d  f o r e c a s t i n g  m o de l   by   e x p l o r i n g  a l t e r n a t i v e   a r c hi t e c t ur e s ,     f i ne - t uni n g  hy pe r pa r a m e t e r s ,   a n d  i nc o r por a t i n g  a dd i t i o n a l   f e a t ur e s   o r   da t a   s o ur c e s .   W e   a l s o   p l a n   t o   e x t e n d  o ur   pr e di c t i o n s   to   i n c l ude   e n e r g y   c o n s u m pt i o n ,   a ddr e s s i ng  a   c r i t i c a l   c h a ll e n ge   i n   c l o ud  c o m put i n g.   B y   do i n g  s o ,   we   a i m   t o  c o n t r i b ut e   to  t h e   de v e l o p m e n t   o f   m o r e   e n e r g y - e f f i c i e n t   c l o ud  e n vi r o nm e n t s ,   whi c h   i s   i nc r e a s i n g ly   im po r t a n t   i n   t h e   c o n t e x t  o f   s us t a i na ble  c o m put i n g.       AP P E ND I X       T a bl e   1.   C o m pa r a t i ve   a n a ly s i s   o f   pr e d i c t i v e   m o de l s   f o r   VM   r e s o ur c e   u t i l i z a t i o n   i n   c l o ud  c o m put i n g   A r ti c l e   P r e pr o c e s s i n g   P r e di c ti o n  me th o d   P r e di c ti o n  t y pe   W o r kl o a d/ P la t f or m   K e y   c o n tr ib ut i o ns / f in di ngs   D e v i  a nd  V a ll i  [ 14]   Y e s   H y br id  A R I M A - ANN  mo d e l   C P U  a nd  me m o r y   ut il iz a ti o n   G oo gl e   c lu s te r ,  B it B r a in   d a ta s e ts   C o mbi n e s  A R I M A  a nd A N N  t o  pr e di c t  C P U  a nd me m o r y  us a ge  w it h i mp r ov e d  a c c u r a c y .   C a lh e ir o s     e t  al .  [ 17]   N o n e   s pe c i f ie d   A R I M A   m o de l   S a a S   r e qu e s t  w o r kl o a d   C lo ud  a ppl i c a ti o ns   ( S a a S )   U ti li z e s  A R I M A  f o r  p r o a c ti ve   r e s o ur c e   a ll oc a ti o n t o   e nha nc e  Q o S .   M be ll i  [ 8]   Y e s   D e e p  le a r ni ng    ( B G - L S T M )   C P U  a nd  me m o r y   ut il iz a ti o n   G oo gl e   c lu s te r   tr a ce   I nt r o du c e s  a  bi - di r e c ti o na l  L S T M   mo d e l  w it h gr id  c o n f ig ur a ti o n  f or   be tt e r  pr e di c ti o n i n   c o mpl e x  w o r kl o a d  s c e na r i o s .   W u  e t  al .   [ 7]   Y e s   A da pt iv e   h y br id  m o d e l  w it h   A R I M A  a nd  ANN   C P U   u ti li z a ti o n   G r id   c o mput in g  ( G r id 5000,  A uve r G r id )   im pr ov e  a c c ur a c y   in  gr id  w o r kl o a d  f or e c a s ti ng.   K a r im     e t  al .   [ 9]   Y e s   H y br id   B i - L S T M  +   L S T M  +  G R U   C P U  ut il iz a ti o n   C lo ud  v ir tu a l   ma c hi ne s   I nt r o du c e s  a  h y br id  R N N  m o de l  c o mbi ni ng  B i - L S T M ,  L S T M , a nd G R U   la y e r s , w it h s upe r i or  a c c ur a c y  i n n o n - li ne a r  t im e  s e r i e s  da ta  pr e di c ti o n.   B a ne r je e     e t  al .  [ 10]   N o n e   s pe c i f ie d   L S T M ,  G R U E D , G B ,  S V M   C P U  a nd  me m o r y   ut il iz a ti o n   C lo ud da ta  c e nt e r s   P r o p o s e s  a   f r a me w or k  f o r  mu lt i - s t e p - a he a d C P U  w o r kl o a d p r e di c ti o n us in g  M L  m o d e ls , i mpr ov in g  r e s o ur c e   ut il iz a ti o n a nd  e ne r g y   e f f i c i e n c y  i n  c l o ud da ta  c e nt e r s .   Y a v a d a nd  Y a da v   [ 12]   Y e s   L S T M   N e tw o r k  t r a f f i c   C lo ud s e r ve r s   D e m o ns tr a te s  t h e   e f f e c ti ve ne s s   of   L S T M  i n  pr e di c ti ng n e tw o r k t r a f f i c ,  im pr ov in g r e s o u r c e  ut il iz a ti o n a nd  r e s p o ns e  t im e  i n  c l o ud  e n v ir o nm e nt s .   M a to us s i  a nd  H a mr o uni   [ 11]   Y e s   T e mp or a l  l o c a li t y - ba s e d pr e di c ti o n   S a a S   r e qu e s t   W ik ip e di a ,  B it br a in s  da ta s e ts   P r o p o s e s  a  me th o d us in g t e mp o r a l  lo c a li t y  a nd d y na mi c  s li di ng w in d o w s   to  pr e di c t  th e  numb e r   of  S a a S  s e r v i c e   r e qu e s ts , o pt im iz in g  r e s p o ns e  t im e  a nd  r e s o ur c e  a ll oc a ti o n.   V il a   e t  al .   [ 15]   N o n e   s pe c i f ie d   C o mbi n e d pr e di c ti o n  mo d e l  ( g r e y  m o d e l  a nd  A R I M A )   C P U  ut il iz a ti o n   C lo udS im   s im ul a ti o n  pl a tf or m   P r o p o s e s  a  V M  c o ns o li da ti o n  f r a me w o r k us in g a   c o mbi n e d  pr e di c ti o n m o d e l  a nd  e ne r g y - a w a r e   po li c i e s  t o  r e duc e   e n e r g y   c o ns umpt i o n,  V M  mi gr a ti o ns , a nd S L A   v i o la ti o ns .   O ur   s tu d y   Y e s   H y br id  A I  m o de l  c o mbi ni ng A R I M A ,  li ne a r  r e gr e s s io n , a nd  L S T M   C P U ,  me m o r y ,  a nd dis k  ut il iz a ti o n   A W S  E C 2  i ns ta nc e s   I nt e g r a te s  mul ti pl e  m o d e ls  t o  c a pt u r e   li ne a r  a nd n o n - li n e a r  pa tt e r ns ,  a c hi e v in g s up e r i or  a c c ur a c y  i n V M   r e s o ur c e   f or e c a s ti ng ( C P U ,  me m or y ,  a nd dis k ut il i z a ti o n) .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.