O documento descreve um framework baseado em colônia de formigas para alocação eficiente de recursos em nuvens. O framework propõe o uso de agentes inspirados em formigas, como formigas trabalhadoras, testadoras e escoteiras, para alocar solicitações de serviço de forma a otimizar o consumo de energia e satisfazer requisitos de desempenho. O framework monitora o desempenho de aplicativos hospedados e rebalanceia a carga entre os nós quando necessário para manter a qualidade do serviço.

1. LskraoChimakurthi
Madhu Kumar
Department of Computer Science and Engineering
National Institute ofTechnology
Leinylson Fontinele Pereira
Alocação Eficiente de Recursos de Energia para
as Nuvens Usando o Ant Colony Framework

2.  É uma das novas tecnologias que vem melhorando rapidamente.
 Fornece recursos escaláveis ​​necessários para as aplicações
hospedadas nela.
 Neste artigo foi considerado o problema de alocação de recursos, em
que os clientes estão dispostos a hospedar seus aplicativos na nuvem
do provedor com determinados requisitos de desempenho, tais como
rendimento e tempo de resposta.
 Desde então, os centros de dados que hospedam os aplicativos
consomem enormes quantidades de energia, causando enormes
custos operacionais.
 Soluções que buscam reduzir o consumo de energia, bem como os
custos operacionais estão ganhando importância.
 Neste trabalho, foi proposto um mecanismo de alocação eficiente de
recursos na nuvem utilizando Framework colônia de formigas.
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Cloud Computing

3. Cloud Computing
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4.  Cloud computing fornece os serviços de utilidade pública com base no modelo pay-as-
you-go.
 Os usuários podem receber diferentes tipos de aplicações na nuvem.
 Estas aplicações são entregues como serviços através da internet. clientes na nuvem já
não precisam se preocupar com os custos associados. Muitos pesquisadores estão
voltados principalmente para hospedagem de aplicações de alto desempenho em
nuvens sem considerar a eficiência energética. Uma vez que os custos de energia
tendem a aumentar, a necessidade de optimizar o custo de recursos de data center
também está aumentando.
 Assim, os recursos de nuvem precisam ser atribuídos não apenas para satisfazer
Requisitos de QoS especificados pelos usuários, mas também para reduzir o uso de
energia.
 A carga sobre os servidores de data center mudam de forma dinâmica.
 Além de alocar os recursos necessários para os serviços utilizando um número mínimo
de servidores.
 Assim como nas colônias de formigas, a adoção de alguns mecanismos são úteis para a
adaptação ao comportamento dinâmico das cargas.
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Introdução

5. Introdução
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6. Trabalhos Relacionados
 A alocação de recursos para as nuvens tem sido estudado extensivamente na
literatura.
 Vários algoritmos heurísticos têm sido propostos por pesquisadores para
alocação ótima de recursos em nuvem.
 Com base no mercado de gestão de recursos foi proposto por Rajkumar
Buyya et al. para gerenciar as atribuições de recursos de computação.
 O atual estado-da-arte em Cloud Computing tinha seus limites ao considerar
a consciência da energia.
 Um método de alocação de recursos consciente de energia para as nuvens
tem sido um em que se maximiza o prestador de serviço.
 No entanto, é desenvolvido principalmente para agendar servidores para
completar os trabalhos de clientes e não aplicáveis ​​para agendar diferentes
aplicações que necessitam de forma crítica dos requisitos de desempenho.
 Algumas outras técnicas também foram propostas para prever as cargas de
trabalho dos servidores e aplicar métodos estatísticos.
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7. Algoritmo Bioinspirado
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Otimização
Combinatória
Programação
Linear
Programação
Não-Linear
Abordagens
Heurísticas
Inspiradosna
Natureza
Inspiradosna
Física
Inspiradosna
Química
Inspiradosna
Biologia
VidaArtificial
RedesNeurais
Artificiais
Computação
Evolucionária
Inteligência
Coletiva
Sistemas
Nebulosos
OutrosMétodos
Abordagens
Determinísticas

8. Problemas
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fonte da imagem: http://liderar.webnode.com/products/lideranca

9. 03/10/20139 Universidade Estadual do Ceará - UECE
Como Atua o Feromônio?

10. 03/10/201310 Universidade Estadual do Ceará - UECE
Como Atua o Feromônio?

11. 03/10/201311 Universidade Estadual do Ceará - UECE
Como Atua o Feromônio?

12. Sistemas Inteligentes
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 “A propriedade de um sistema onde o comportamento
de vários agentes simples interagindo direta ou
indiretamente ao agir em seu ambiente local acarreta
na emergência de um comportamento global
“inteligente”...
Engelbrecht, 2005.

13. Arquitetura do Sistema
 O principal objetivo da alocação de recursos é alocar
as solicitações de serviço online para aplicativos que
possui uso intensivo de CPU e memória.
 Para atingir a alocação de recursos de modo que
satisfaça os pedidos dos clientes do serviço, foi
utilizada a seguinte arquitetura.
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14. 03/10/201314 Universidade Estadual do Ceará - UECE
Arquitetura do Sistema

15. Metodologia
 Foi recolhido o consumo de energia de cada servidor
no data center, juntamente com as capacidades de
recursos, como poder de processamento da CPU e
memória primária antes de admiti-los em nuvem.
 Armazenou-se essas informações consistindo de ID
do nó, Poder de processamento, memória e Consumo
de energia em uma tabela.
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Metodologia

17.  Toma-se o consumo de energia como a energia consumida por
CPU ou de memória quando a sua utilização é de 100%, o que é
medido antes de admitir o nó na nuvem.
 Assumi-se que a energia consumida por todos os componentes
restantes de um nó é o mesmo para todos os nós.
 Considera-se que, todos os nós estão tendo a mesma
conectividade de rede e acesso para o espaço de
armazenamento compartilhado.
 Armazena-se essas informações em uma tabela disponível
chamada Tabela de recursos com Id do nó disponível, o poder
atual de consumo e da capacidade restante.
 Esta tabela é representada como uma matriz de lista com um
ponteiro (PTR Allocation) sendo apontado para o nó no qual a
próxima solicitação de serviço é implantada.
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Metodologia

18. Nuvem de Controle(Rainha Formiga)
- Ant Queen -
 Os pedidos provenientes dos clientes que consistem na sequência,
são dadas para o controlador.
 Controlador de nuvem mantém uma fila (Q) para armazenar as
solicitações de serviço para hospedar as aplicações.
 Ela gera os agentes formigas testadores, escoteiros, faxineiros e
trabalhadores periodicamente.
 O movimento destes agentes é modelado da seguinte forma:

 Cada formiga exceto Rainha e Trabalhador mantém uma lista de nós
visitados que é inicialmente vazia.
 Cada nó na nuvem mantém uma lista de informações do nó vizinho.
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19. 03/10/2013Universidade Estadual do Ceará - UECE19
Nuvem de Controle(Rainha Formiga)
- Ant Queen -

20. Formigas - Ants
 Sempre que um pedido de serviço é recebido na fila, as
formigas trabalhadoras criam uma VM com um tratamento
específico de energia de CPU, memória, etc, se aceito.
 Assim, as formigas operárias estão sempre olhando na fila para
verificar se há algum pedido pendente a ser processado.
 Se tal pedido for encontrado, ela desempilha o pedido e chama
oAlgoritmo 1.
 A formiga trabalhadora só é responsável pela implantação do
pedido em umaVM, como veremos noAlgoritmo 1.
 O balanceamento de carga de decisões são tomadas por
formigas testadoras.
 Após a implantação, cria-se um Acordo de Nível de Serviço
(SLA) do Agente Monitor, que monitora o aplicativo
hospedado.
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21. Agente Monitor SLA
 Ele calcula o tempo médio de resposta e taxa de transferência do aplicativo hospedado,
monitorando continuamente.
 Passa esta informação para o hypervisor em que o acolhimento, sob a forma de uma variável
(SLAM), que é calculada de acordo com o desempenho do aplicativo, como veremos no Algoritmo
2.
 Quando a formiga testadora consulta o nó para utilização das informações, o hypervisor envia este
valor SLAM junto com a informação de utilização.

 Se o valor é do SLAM é 1, a formiga tester vai tentar alocar esta VM para um melhor nó que têm
mais recursos disponíveis do que o nó atual entre os nós atualmente em execução e não vai tentar
acordar um novo nó .
 Se seu valor é 2, então , ela vai “acordar” o próximo nó em standby, caso seja necessário lidar com as
cargas mais pesadas. Dependendo destes valores, a formiga testadora equilibrará a carga.
 Quando o tempo de resposta é de menos de 10% do tempo SLA determinado e o rendimento é 10%
maior, então considera-se como uma situação normal.
 Quando o tempo de resposta aumenta e ainda está entre 5-10% a menos ou 5-10 % a mais do que o
rendimento, então um das formigas testadoras irá equilibrar a carga se alguns nós em execução.
 Se o tempo de resposta atingir o Tempo de SLA e está apenas abaixo de 5% ou se a transferência é
de 5% maior, então, uma das formigas testadoras irá definitivamente mudar a VM para outro nó ou
clonar estaVM em outro nó e configurar o roteador para que o tráfego seja dividido entre os dois.
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24. 03/10/201324 Universidade Estadual do Ceará - UECE

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38. 03/10/201338 Universidade Estadual do Ceará - UECE

39. 03/10/201339 Universidade Estadual do Ceará - UECE

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41. 03/10/201341 Universidade Estadual do Ceará - UECE

42. 03/10/201342 Universidade Estadual do Ceará - UECE

43. Formiga Testadora
- Tester Ant -
 O principal trabalho das formigas testadoras é fazer
com que a atualização da informação sobre o
consumo de energia de cada um dos nós e atualizar a
lista de nós disponíveis.
 Ele também toma decisões para equilibrar as cargas.
 Considera-se que a utilização de 80% da CPU e 80%
da memória de um nó seja considerado desejável, a
utilização acima de 90% é considerada alta.
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44. Formiga Testadora
- Tester Ant -
 A fim de melhorar o processo de criação de MVs,
foram colocados três nós abaixo do nó de alocação
atual em modo standby e crio-se as VMs com
sistemas operacionais específicos para ser capaz de
configurar os aplicativos rapidamente.
 Optou-se pelo modo de espera do que o modo
hibernar.
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47. 03/10/201347 Universidade Estadual do Ceará - UECE

48. 03/10/201348 Universidade Estadual do Ceará - UECE

49. 03/10/201349 Universidade Estadual do Ceará - UECE

50. 03/10/201350 Universidade Estadual do Ceará - UECE

51. 03/10/201351 Universidade Estadual do Ceará - UECE

52. 03/10/201352 Universidade Estadual do Ceará - UECE

53. Formigas Escoteiras
- Scout Ant -
 O objetivo da formiga sentinela/exploradora é
descobrir na nuvem recém-adicionada, nós que
prestam serviços de computação e memória.
 Quando tal novo nó é encontrado, ela adiciona à
tabela de recursos disponíveis.
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54. Registro do nó
 O nó que quer juntar-se a nuvem deve informar isto a um
dos nós na nuvem, enviando uma solicitação.
 Quando a formiga olheira visita um nó e encontra um
pedido, ela registra o nó com um ID único.
 Ela atualiza esta informação na lista de nós disponíveis e
coloca esse nó em posição apropriada na lista.
 Sempre que um nó é adicionado pelo administrador em
caso de escassez de recursos, então, o registro será feito
pelo nó controlador de nuvem.
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55. 03/10/2013

56. 03/10/201356 Universidade Estadual do Ceará - UECE

57. 03/10/201357 Universidade Estadual do Ceará - UECE

58. 03/10/201358 Universidade Estadual do Ceará - UECE

59. 03/10/201359 Universidade Estadual do Ceará - UECE

60. 03/10/201360 Universidade Estadual do Ceará - UECE

61. 03/10/201361 Universidade Estadual do Ceará - UECE

62. 03/10/201362 Universidade Estadual do Ceará - UECE

63. 03/10/201363 Universidade Estadual do Ceará - UECE

64. 03/10/201364 Universidade Estadual do Ceará - UECE

65. 03/10/201365 Universidade Estadual do Ceará - UECE

66. 03/10/201366 Universidade Estadual do Ceará - UECE

67. 03/10/201367 Universidade Estadual do Ceará - UECE

68. 03/10/201368 Universidade Estadual do Ceará - UECE

69. 03/10/201369 Universidade Estadual do Ceará - UECE

70. 03/10/201370 Universidade Estadual do Ceará - UECE

71. 03/10/201371 Universidade Estadual do Ceará - UECE

73. 03/10/201373 Universidade Estadual do Ceará - UECE

74. 03/10/201374 Universidade Estadual do Ceará - UECE

75. 03/10/201375 Universidade Estadual do Ceará - UECE

76. 03/10/201376 Universidade Estadual do Ceará - UECE

77. 03/10/201377 Universidade Estadual do Ceará - UECE

78. 03/10/201378 Universidade Estadual do Ceará - UECE

79. Hipótese
 Vamos supor que um nó esteja completando a
inscrição para o nó recém-chegado.
 Se a operação de registro falhar, o novo nó entrará
em contato com outro nó na nuvem.
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80. Formigas Faxineiras
- Cleaner Ant -
 Ela mantém a tabela de recursos disponíveis através da
remoção dos recursos disponíveis a partir da lista.
 Quando este agente atinge um nó na nuvem e ele não
responde, esse agente para no tempo de duração
específico, então ela assume que esse nó falhou e toma as
ações necessárias para a recuperação e remoção da
informação deste nó da lista de nós disponíveis.
 Ela remove as VMs clonadas a partir dos nós se eles estão
sub-utilizadas ou se o desempenho é mais do que o
necessário.
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82. 03/10/201382 Universidade Estadual do Ceará - UECE

83. 03/10/201383 Universidade Estadual do Ceará - UECE

84. 03/10/201384 Universidade Estadual do Ceará - UECE

85. 03/10/201385 Universidade Estadual do Ceará - UECE

86. 03/10/201386 Universidade Estadual do Ceará - UECE

87. 03/10/201387 Universidade Estadual do Ceará - UECE

88. Direções Futuras
 Realizaram a investigação de vários bancos de ensaio
de computação em nuvem e descobriram que o
simulador cloudsim é adequado para testar o
mecanismo proposto.
 Pretendem também melhorar por estar incorporando
a previsão de carga e modelos de utilização que esta
abordagem pode ser aplicada a ambientes de nuvem
reais.
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89. CloudSim

90. Conclusão
 Propuseram uma solução baseada em agentes
inteligentes, para a alocação de recursos para
aplicações em nuvem.
 Acreditam que este mecanismo é muito flexível e
pode ser estendido com melhorias, como os módulos
da solução são modeladas como agentes inteligentes
independentes, podem incorporar funcionalidades
adicionais em qualquer um destes agentes de
formigas.
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91. Referência
 Power Efficient Resource Allocation for Clouds Using Ant Colony
Framework, Lskrao himakurthi & Madhu Kumar S D. Department of
Computer Science and Engineering - National Institute of Technology
Calicut, Kerala 673601. Disponível em: <
http://arxiv.org/abs/1102.2608 >.
 Utilização de Heurísticas Bioinspiradas em Sistemas de Inteligência
Coletiva para Otimização Combinatória em Redes Mesh, Leinylson
Fontinele Pereira. Trabalho de Conclusão de Curso, Universidade
Estadual do Piauí – UESPI, Parnaíba.
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92. 03/10/2013Universidade Estadual do Ceará - UECE92