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Title: Improving tail latency of interactive cloud microservices through management of background tasks.
???metadata.dc.creator???: FIREMAN, Daniel Lacet de Faria.
???metadata.dc.contributor.advisor1???: LOPES, Raquel Vigolvino.
???metadata.dc.contributor.advisor2???: MONTEIRO, João Arthur Brunet.
???metadata.dc.contributor.referee1???: BRASILEIRO, Francisco Vilar.
???metadata.dc.contributor.referee2???: CARVALHO, Marcus Williams Aquino de.
???metadata.dc.contributor.referee3???: MENDONÇA, Nabor das Chagas.
???metadata.dc.contributor.referee4???: BITTENCOURT, Luiz Fernando.
Keywords: Computação em nuvem;Modelagem estocástica;Avaliação de desempenho;Cloud Computing;Stochastic Modelling;Performance Evaluation;Controlador de tarefas de segundo plano;Microserviços em nuvem;Cloud microservices;Background tasks composed
Issue Date: 30-Jul-2021
Publisher: Universidade Federal de Campina Grande
Citation: FIREMAN, Daniel Lacet de Faria. Improving tail latency of interactive cloud microservices through management of background tasks. 109 f. Tese (Doutorado em Ciência da Computação) – Programa de Pós-Graduação em Ciência da Computação, Centro de Engenharia Elétrica e Informática, Universidade Federal de Campina Grande, Paraíba, Brasil, 2021. Disponível em: http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/21345
???metadata.dc.description.resumo???: O aumento nos casos de uso com requisitos rígidos de latência, por exemplo, e-commerce e gerenciamento de dados em tempo real, tem pressionado para um maior controle sobre a variabilidade de desempenho. Isso ocorre porque mesmo picos infrequentes podem ser inaceitáveis, pois podem dominar o tempo que a leva resposta para chegar ao usuário final em implantações de nuvem multicamadas modernas. Neste contexto, a execução descoordenada de tarefas de manutenção, por exemplo, coleta de lixo e compactações de log, pode levar a uma degradação de desempenho inaceitável. Mesmo que pesquisadores e profissionais tenham trabalhado muito para melhorar o impacto não determinístico dessas tarefas no desempenho dos serviços em nuvem, este impacto ainda não é aceitável quando garantias de desempenho estritas são exigidas. Além disso, as soluções propostas são específicas a sistemas, aplicações, carga ou tarefas. O objetivo desta pesquisa é eliminar o impacto negativo de uma classe representativa de tarefas no desempenho de sistemas de nuvem. Para tanto, começamos propondo uma taxonomia para essas tarefas com base em seu gatilho e viabilidade de controle. Em seguida, definimos formalmente a ampla classe de tarefas interativas, compostas de atividades controláveis acionadas pelo processamento de requisições. Além disso, propomos o Controlador de Tarefas de Segundo Plano (BTC), uma solução totalmente distribuída para eliminar o impacto negativo de tarefas interativas em microsserviços em nuvem. O BTC atinge o objetivo evitando que o processamento de requisições enquanto executa tarefas. Realizamos simulações e experimentos de medição para avaliar a eficácia do BTC para lidar com o impacto do coletor automático de lixo, uma causa bem conhecida da degradação do desempenho dos serviços de nuvem. Os resultados mostram que o BTC elimina efetivamente o impacto do coletor de lixo em cargas de trabalho reais e sintéticas; e microsserviços de produção e fictícios. Além disso, a utilização do BTC leva a uma perda de capacidade proporcional à frequência e duração das tarefas, o que permite estimar o aumento de capacidade necessário para lidar com essa perda.
Abstract: The increase in use cases with strict latency requirements, e.g., e-commerce and real-time data management, has been pushing towards greater control over performance variability. That is because even infrequent spikes might be unacceptable, as they could dominate the time it takes the response to reach the end-user in modern multi-layered cloud deployments. In this context, the uncoordinated execution of maintenance tasks, e.g., garbage collection and log compactions, might lead to unacceptable performance degradation. Even though researchers and practitioners have been working hard to improve the non-deterministic impact of those tasks on cloud services’ performance, that still unacceptable when strict performance guarantees are required. Furthermore, the proposed solutions are system, application, load, or task-specific. This research goal is to eliminate the negative performance impact of a representative class of tasks. To do so, we start by proposing a taxonomy of those tasks based on their trigger and feasibility to control. Then we formally define the broad class of interactive background tasks composed of controllable activities triggered by request handling. Furthermore, we propose the Background Tasks Controller (BTC), a fully distributed approach to eliminate the negative impact of interactive tasks on cloud microservices. The BTC does so by transparently evicting request handling while executing background tasks. We performed simulated and measurement experiments to thoroughly evaluate BTC efficacy to deal with the automatic garbage collector’s impact, a well-known cause of cloud services’ performance degradation. The results show that BTC effectively eliminates the impact of the garbage collector in real and synthetic workloads; and production and dummy microservices. Furthermore, it leads to a loss in capacity proportional to the frequency and duration of the background tasks, which allows estimating the needed capacity increase to deal with this loss.
Keywords: Computação em nuvem
Modelagem estocástica
Avaliação de desempenho
Cloud Computing
Stochastic Modelling
Performance Evaluation
Controlador de tarefas de segundo plano
Microserviços em nuvem
Cloud microservices
Background tasks composed
???metadata.dc.subject.cnpq???: Ciência da Computação.
URI: http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/21345
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