Design of a multilevel architecture for optimizing virtual machine migration

Abstract

The paper considers the problem of designing a multi-tiered control structure for optimizing virtual machine migration processes in virtualized data centers. The relevance of the study is due to the growth of computing workloads, resource heterogeneity, and the need to ensure high performance and energy efficiency of the infrastructure while maintaining QoS (quality of service). Inefficient VM migration can lead to node overload, increased delays, and additional resource costs. The purpose of the paper is to develop a multi-tiered virtual machine migration management model that provides adaptive resource allocation, reduced downtime, and minimized costs for moving virtual machines. The object of the study is the processes of functioning of a virtualized data center, and the subject is methods and models for optimizing VM migration in a multi-tiered control architecture. The proposed structure provides for strategic, tactical and operational levels of management, which allows combining long-term resource planning with operational response to load changes. The work takes into account the criteria of load balancing, energy efficiency, network traffic minimization and SLA (Service Level Agreement) provision. The results of the study can be used in the design of cloud and grid infrastructures to increase the efficiency of computing resources and ensure stable operation of services under dynamic load conditions. The areas of further research are the implementation of intelligent decision-making algorithms and the use of simulation modeling to assess the effectiveness of the proposed structure.У роботі розглядається задача проектування багаторівневої структури керування для оптимізації процесів міграції віртуальних машин (ВМ) у віртуалізованих центрах обробки даних. Актуальність дослідження зумовлена зростанням обсягів обчислювальних навантажень, гетерогенністю ресурсів та необхідністю забезпечення високої продуктивності й енергоефективності інфраструктури при збереженні якості обслуговування (QoS). Неефективна міграція ВМ може призводити до перевантаження вузлів, збільшення затримок та додаткових витрат ресурсів. Метою роботи є розроблення багаторівневої моделі керування міграцією ВМ, яка забезпечує адаптивний розподіл ресурсів, зменшення часу простою та мінімізацію витрат на переміщення віртуальних машин. Об’єктом дослідження є процеси функціонування віртуалізованого центру обробки даних, а предметом — методи та моделі оптимізації міграції ВМ у багаторівневій архітектурі керування. Запропонована структура передбачає стратегічний, тактичний та операційний рівні управління, що дозволяє поєднати довгострокове планування ресурсів із оперативним реагуванням на зміни навантаження. У межах роботи враховано критерії балансування навантаження, енергоефективності, мінімізації мережевого трафіку та забезпечення SLA. Результати дослідження можуть бути використані при проектуванні хмарних та грід-інфраструктур для підвищення ефективності використання обчислювальних ресурсів і забезпечення стабільної роботи сервісів в умовах динамічних навантажень. Напрямами подальших досліджень є впровадження інтелектуальних алгоритмів прийняття рішень та застосування імітаційного моделювання для оцінки ефективності запропонованої структури.