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AVALIACAO DE DEPENDABILIDADE E ANALISE DESENSIBILIDADE EM UM AMBIENTE DE PAAS
Ramon Santos NascimentoOrientador: Jean Teixeira
Universidade Federal Rural de Pernambuco
ramonsantos.pe@gmail.com
12 de dezembro de 2015
Ramon Santos Nascimento Orientador: Jean Teixeira (UFRPE)Trabalho de Conclusao de Curso 12 de dezembro de 2015 1 / 46
Agenda
Resumo
Introducao
Fundamentacao Teorica
Metodologia
Modelos Propostos
Resultados
Consideracoes
Ramon Santos Nascimento Orientador: Jean Teixeira (UFRPE)Trabalho de Conclusao de Curso 12 de dezembro de 2015 2 / 46
Resumo
Foram propostos cenarios de implantacao de PaaS (Cloud Foundry);
Cenarios foram modelados de forma hierarquica e heterogenea atravesdos modelos RBD e CTMC;
Foram feitas avaliacoes de dependabilidade (disponibilidade econfiabilidade) e analise de sensibilidade.
Ramon Santos Nascimento Orientador: Jean Teixeira (UFRPE)Trabalho de Conclusao de Curso 12 de dezembro de 2015 3 / 46
Introducao
Introducao
Ramon Santos Nascimento Orientador: Jean Teixeira (UFRPE)Trabalho de Conclusao de Curso 12 de dezembro de 2015 4 / 46
Introducao
Motivacao
Atributos de dependabilidade sao fatores de qualidade de servicosde TI;
Avaliacao de dependabilidade e importante para o planejamento,desenvolvimento e gerenciamento de Nuvens;
Avaliacao por modelos analıticos e menos custosa que omonitoramento da aplicacao em fase de producao;
Nao foram encontrados trabalho com avaliacao de dependabilidadepor meio de modelos analıticos em PaaS.
Ramon Santos Nascimento Orientador: Jean Teixeira (UFRPE)Trabalho de Conclusao de Curso 12 de dezembro de 2015 5 / 46
Introducao
Objetivos
Propor modelos de dependabilidade para ambientes de PaaS;
Identificar os componentes que mais influenciam na disponibilidade daplataforma;
Recomendar uma configuracao eficiente (em termos de recursoscomputacionais) para a implantacao de PaaS que suportem altadisponibilidade;
Encontrar possıveis gargalos na dependabilidade da plataforma esugerir mudancas para supera-los.
Ramon Santos Nascimento Orientador: Jean Teixeira (UFRPE)Trabalho de Conclusao de Curso 12 de dezembro de 2015 6 / 46
Introducao
Trabalhos Relacionados
Artigos CTMC SPN RBD Outras Contexto
(KOUTRAS; PLATIS, 2006)√
Rejuvenescimento de Software(ZHAO; SONG, 2008)
√Rejuvenescimento de Software
(KOUTRAS et al., 2009)√
Rejuvenescimento de Software(CALLOU et al., 2010)
√ √Data Centers
(WEI et al., 2011a)√ √
Clusters Virtuais(WEI et al., 2011b)
√ √Data Centers Virtuais em Nuvem
(GUIMARAES et al., 2011)√
Infraestrutura de Redes(DANTAS et al., 2012b)
√ √Computacao em Nuvem / IaaS
(CALLOU et al., 2012)√ √
Data Centers(ZENG et al., 2012)
√ √Redes Inteligentes
(DANTAS et al., 2012a)√ √
Computacao em Nuvem / IaaS(OMIDI; MORADI, 2012)
√ √Web Services
(ZHANG et al., 2012)√
Computacao em Nuvem / PaaS
Ramon Santos Nascimento Orientador: Jean Teixeira (UFRPE)Trabalho de Conclusao de Curso 12 de dezembro de 2015 7 / 46
Introducao
Trabalhos Relacionados
Artigos CTMC SPN RBD Outras Contexto
(SOUSA et al., 2013)√ √
Computacao em Nuvem / IaaS(OLIVEIRA et al., 2013)
√ √Computacao em Nuvem / Movel
(SOUSA et al., 2014a)√ √
Computacao em Nuvem / IaaS(XIANG et al., 2014)
√ √Redes Inteligentes
(BEZERRA et al., 2014)√ √
Computacao em Nuvem / IaaS(SOUSA et al., 2014b)
√ √Computacao em Nuvem / IaaS
(ZHOU et al., 2014)√
Computacao em Nuvem / PaaS
(ARAUJO et al., 2014)√ √ Aplicacoes mHealth em Nuvem
Movel(BRILHANTE et al., 2014)
√Computacao em Nuvem / IaaS
(MELO et al., 2014)√ √
Computacao em Nuvem / IaaS(MATOS et al., 2015)
√ √Computacao em Nuvem / Movel
(SOUSA et al., 2015)√ √
Computacao em Nuvem / IaaS
Ramon Santos Nascimento Orientador: Jean Teixeira (UFRPE)Trabalho de Conclusao de Curso 12 de dezembro de 2015 8 / 46
Fundamentacao Teorica
Fundamentacao Teorica
Ramon Santos Nascimento Orientador: Jean Teixeira (UFRPE)Trabalho de Conclusao de Curso 12 de dezembro de 2015 9 / 46
Fundamentacao Teorica
Computacao em Nuvem
Definicao
A computacao em nuvem pode ser definida como um modelo que permiteo acesso conveniente a recursos computacionais (armazenamento,processamento, aplicacoes, servicos e etc) sob demanda, que podem serrapidamente provisionados e liberados com um esforco mınimo degerenciamento.
Ramon Santos Nascimento Orientador: Jean Teixeira (UFRPE)Trabalho de Conclusao de Curso 12 de dezembro de 2015 10 / 46
Fundamentacao Teorica
Ramon Santos Nascimento Orientador: Jean Teixeira (UFRPE)Trabalho de Conclusao de Curso 12 de dezembro de 2015 11 / 46
Fundamentacao Teorica
A Plataforma como um Servico (Platform as a Services) providencia umambiente onde os desenvolvedores possam:
Usar servicos e ferramentas para o desenvolvimento;
Implantar aplicacoes;
Gerenciar aplicacoes.
Ramon Santos Nascimento Orientador: Jean Teixeira (UFRPE)Trabalho de Conclusao de Curso 12 de dezembro de 2015 12 / 46
Fundamentacao Teorica
Dependabilidade diz respeito a capacidade de entrega de um servico quepode ser considerando confiavel. Entre os principais atributos dedependabilidade estao:
Disponibilidade: A capacidade de um sistema estar de prontidaopara prover um servico corretamente;
Confiabilidade: A probabilidade que um sistema ira prover umservico de forma contınua ate uma instante de tempo t;
Seguranca: Ausencia de consequencias catastroficas que poderiamafetar o(s) usuario(s) e o ambiente;
Integridade: Ausencia de alteracoes improprias no estado de umsistema;
Manutenibilidade: A habilidade para sofrer reparos e modificacoes;
Confidencialidade: Ausencia de divulgacao desautorizada deinformacao.
Ramon Santos Nascimento Orientador: Jean Teixeira (UFRPE)Trabalho de Conclusao de Curso 12 de dezembro de 2015 13 / 46
Fundamentacao Teorica
Calculo de disponibilidade:
Disponibilidade =MTTF
MTTF + MTTR
Tempo de indisponibilidade em um ano:
Downtimeanual = (1− Disponibilidade)× 8760h
Numero de noves:
Nof 9s = −log10(1− Disponibilidade)
Ramon Santos Nascimento Orientador: Jean Teixeira (UFRPE)Trabalho de Conclusao de Curso 12 de dezembro de 2015 14 / 46
Fundamentacao Teorica
A funcao de confiabilidade R(t) representa a probabilidade de que umsistema sera operado sem falha em um intervalo de tempo entre 0 e t:
R(t) = P(T > t), t ≥ 0
onde T e uma variavel aleatoria que representa o tempo para ocorrenciade defeitos.
Ramon Santos Nascimento Orientador: Jean Teixeira (UFRPE)Trabalho de Conclusao de Curso 12 de dezembro de 2015 15 / 46
Fundamentacao Teorica
Modelos Combinatorios:
FT - Arvore de Falha;
RBD - Diagrama de Bloco de Confiabilidade;
RG - Grafos de Confiabilidade.
Modelos Baseados em Estado:
CTMC - Cadeias de Markov de Tempo Contınuo;
SMP - Processos semi-Markov;
SPN - Redes de Petri Estocaticas;
GSPN - Redes de Petri Estocasticas Generalizadas;
MRGP - Processo Regenerativo de Markov.
Ramon Santos Nascimento Orientador: Jean Teixeira (UFRPE)Trabalho de Conclusao de Curso 12 de dezembro de 2015 16 / 46
Fundamentacao Teorica
Comp. 3Comp. 1 Comp. 2
Rs =n∏
i=1
Ri
Comp. n
Comp. 1
Comp. 2
Rp = 1−n∏
i=1
(1− Ri )
Ramon Santos Nascimento Orientador: Jean Teixeira (UFRPE)Trabalho de Conclusao de Curso 12 de dezembro de 2015 17 / 46
Fundamentacao Teorica
Cadeias de Markov e um processo probabilıstico que apresenta apropriedade markoviana em que os estados anteriores sao irrelevantespara a predicao dos estados seguintes, para isso, o estado atual devenecessariamente ser conhecido.
Ramon Santos Nascimento Orientador: Jean Teixeira (UFRPE)Trabalho de Conclusao de Curso 12 de dezembro de 2015 18 / 46
Fundamentacao Teorica
A analise de sensibilidade e uma tecnica utilizada para determinar osfatores que possuem maior relevancia sobre as medidas ou saıdas de ummodelo.Tecnicas:
Analise Diferencial;
Analise de Correlacao;
Analise de Regressao;
Analise de Perturbacao;
Design Experimental Fatorial.
Ramon Santos Nascimento Orientador: Jean Teixeira (UFRPE)Trabalho de Conclusao de Curso 12 de dezembro de 2015 19 / 46
Fundamentacao Teorica
Termos importantes em DoE:
Variavel resposta;
Fatores;
Nıveis.
Fatorial Completo:
num =k∏
i=1
(ni )
onde k e o numero de fatores, com o i-esimo fator tendo ni nıveis.
Ramon Santos Nascimento Orientador: Jean Teixeira (UFRPE)Trabalho de Conclusao de Curso 12 de dezembro de 2015 20 / 46
Metodologia
Metodologia
Ramon Santos Nascimento Orientador: Jean Teixeira (UFRPE)Trabalho de Conclusao de Curso 12 de dezembro de 2015 21 / 46
Metodologia
Revisão de Literatura
Entendimento da Plataforma
Modelagem
Análise dos Resultados
Modelo
Representa a
Plataforma
Identificar Métricas de Interesse
Sim
Não
Ramon Santos Nascimento Orientador: Jean Teixeira (UFRPE)Trabalho de Conclusao de Curso 12 de dezembro de 2015 22 / 46
Metodologia
Ramon Santos Nascimento Orientador: Jean Teixeira (UFRPE)Trabalho de Conclusao de Curso 12 de dezembro de 2015 23 / 46
Metodologia
Componente Dependencias
Router –UAA JVM, Tomcat e SGBDCC Nginx, IR e SGBDHM –DEA IR e WardenMessage Bus –Metrics Collector IR
Ramon Santos Nascimento Orientador: Jean Teixeira (UFRPE)Trabalho de Conclusao de Curso 12 de dezembro de 2015 24 / 46
Modelos Propostos
Modelos Propostos
Ramon Santos Nascimento Orientador: Jean Teixeira (UFRPE)Trabalho de Conclusao de Curso 12 de dezembro de 2015 25 / 46
Modelos Propostos
Modelo para o Cenario 1 (baseline)
UAA HM CC DEA MB MS BS ServicesRouter
DCenario 1 = DRouter × DUAA × DHM × DCC×DDEA × DMB × DMC × DBS × DServices
Ramon Santos Nascimento Orientador: Jean Teixeira (UFRPE)Trabalho de Conclusao de Curso 12 de dezembro de 2015 26 / 46
Modelos Propostos
Modelo de Disponibilidade do UAA
DUAA =µSGBD × µJVM−TC × (λJVM × µTC )
(λSGBD + µSGBD)× (λJVM + µJVM−TC )× (λJVM + λTC + µTC )
Ramon Santos Nascimento Orientador: Jean Teixeira (UFRPE)Trabalho de Conclusao de Curso 12 de dezembro de 2015 27 / 46
Modelos Propostos
Modelo de Disponibilidade do CC
IR SGBDNginx
DCC = DNginx × DIR × DSGBD
Ramon Santos Nascimento Orientador: Jean Teixeira (UFRPE)Trabalho de Conclusao de Curso 12 de dezembro de 2015 28 / 46
Modelos Propostos
Modelo de Disponibilidade do DEA
WardenIR
DDEA = DIR × DWarden
Ramon Santos Nascimento Orientador: Jean Teixeira (UFRPE)Trabalho de Conclusao de Curso 12 de dezembro de 2015 29 / 46
Modelos Propostos
Modelo para o Cenario 2
UAA 2 HM 2 CC 2
DEA 3
MB 2 MS 2
BS Services
Router 2
Router 1 UAA 1 HM 1 CC 1
DEA 1
DEA 2
MB 1 MS 2
DCenario 2 = (1− (1− DRouter )2)× (1− (1− DUAA)2)×(1− (1− DHM)2)× (1− (1− DCC )2)× (1− (1− DDEA)3)×(1− (1− DMB)2)× (1− (1− DMC )2)× DBS × DServices
Ramon Santos Nascimento Orientador: Jean Teixeira (UFRPE)Trabalho de Conclusao de Curso 12 de dezembro de 2015 30 / 46
Modelos Propostos
Modelo para o Cenario 3
UAA 3
HM 2
CC 3
DEA 5
MB 2 MS 2
BS Services
Router 2
Router 1
UAA 1
UAA 2
HM 1
CC 1
CC 2
MB 1 MS 1
DEA 1
DEA 2
DEA 3
DEA 4
DCenario 3 = (1− (1− DRouter )2)× (1− (1− DUAA)3)×(1− (1− DHM)2)× (1− (1− DCC )3)× (1− (1− DDEA)5)×(1− (1− DMB)2)× (1− (1− DMC )2)× DBS × DServices
Ramon Santos Nascimento Orientador: Jean Teixeira (UFRPE)Trabalho de Conclusao de Curso 12 de dezembro de 2015 31 / 46
Resultados
Resultados
Ramon Santos Nascimento Orientador: Jean Teixeira (UFRPE)Trabalho de Conclusao de Curso 12 de dezembro de 2015 32 / 46
Resultados
Disponibilidade dos Componentes de Cloud Foundry
Componente Disponibilidade (%)
Router 99,87332UAA 99,67830HM 99,87332CC 99,67758DEA 99,74680Message Bus 99,87332Metrics Collector 99,87332Blob Store 99,87332Services 99,87332
Ramon Santos Nascimento Orientador: Jean Teixeira (UFRPE)Trabalho de Conclusao de Curso 12 de dezembro de 2015 33 / 46
Resultados
Confiabilidade dos Cenarios
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
0 100 200 300 400 500
Co
nfi
ab
ilid
ad
e
Tempo (horas)
Cenário 1Cenário 2Cenário 3
Ramon Santos Nascimento Orientador: Jean Teixeira (UFRPE)Trabalho de Conclusao de Curso 12 de dezembro de 2015 34 / 46
Resultados
Disponibilidade dos Cenarios
Metricas Cenario 1 Cenario 2 Cenario 3
Disponibilidade (%) 98,35446 99,74409 99,74616Disponibilidade (N de 9’s ) 1,7836905 2,5919169 2,5954341Uptime Anual (horas) 8615,7547 8737,5676 8737,7486Downtime Anual (horas) 144,2553 22,4324 22,2514
Ramon Santos Nascimento Orientador: Jean Teixeira (UFRPE)Trabalho de Conclusao de Curso 12 de dezembro de 2015 35 / 46
Resultados
Variacao Parametrica
Parametro Valor (horas)
MTTFRouter 788,4MTTRRouter 1,0MTTFDEA 393,944707812MTTRDEA 1,0MTTFUAA 309,848616791MTTRUAA 1,0MTTFCC 309,1544569MTTRCC 1,0
Ramon Santos Nascimento Orientador: Jean Teixeira (UFRPE)Trabalho de Conclusao de Curso 12 de dezembro de 2015 36 / 46
Resultados
0.97
0.975
0.98
0.985
0.99
100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
Dis
po
nib
ilid
ad
e
MTTF UAA (horas)
Baseline
0.97
0.975
0.98
0.985
0.99
100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
Dis
po
nib
ilid
ad
e
MTTF CC (horas)
Baseline
0.97
0.975
0.98
0.985
0.99
100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
Dis
po
nib
ilid
ad
e
MTTF DEA (horas)
Baseline
0.97
0.975
0.98
0.985
0.99
100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
Dis
po
nib
ilid
ad
e
MTTF Router (horas)
Baseline
Ramon Santos Nascimento Orientador: Jean Teixeira (UFRPE)Trabalho de Conclusao de Curso 12 de dezembro de 2015 37 / 46
Resultados
0.97
0.975
0.98
0.985
0.99
0.5 1 1.5 2 2.5
Dis
po
nib
ilid
ad
e
MTTR UAA (horas)
Baseline
0.97
0.975
0.98
0.985
0.99
0.5 1 1.5 2 2.5
Dis
po
nib
ilid
ad
e
MTTR CC (horas)
Baseline
0.97
0.975
0.98
0.985
0.99
0.5 1 1.5 2 2.5
Dis
po
nib
ilid
ad
e
MTTR DEA (horas)
Baseline
0.97
0.975
0.98
0.985
0.99
0.5 1 1.5 2 2.5
Dis
po
nib
ilid
ad
e
MTTR Router (horas)
Baseline
Ramon Santos Nascimento Orientador: Jean Teixeira (UFRPE)Trabalho de Conclusao de Curso 12 de dezembro de 2015 38 / 46
Resultados
Analise de Sensibilidade DoE
Fator Nıveis Valores
Router 2 1, 2UAA 3 1, 2, 3HM 2 1, 2CC 3 1, 2, 3DEA 5 1, 2, 3, 4, 5MB 2 1, 2MC 2 1, 2
Ramon Santos Nascimento Orientador: Jean Teixeira (UFRPE)Trabalho de Conclusao de Curso 12 de dezembro de 2015 39 / 46
Resultados
0.99
0.9905
0.991
0.9915
0.992
0.9925
0.993
0.9935
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
Mé
dia
de
Dis
po
nib
ilid
ad
e
(a) Router
0.99
0.9905
0.991
0.9915
0.992
0.9925
0.993
0.9935
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
Mé
dia
de
Dis
po
nib
ilid
ad
e
(b) UAA
0.99
0.9905
0.991
0.9915
0.992
0.9925
0.993
0.9935
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
Mé
dia
de
Dis
po
nib
ilid
ad
e
(c) HM
0.99
0.9905
0.991
0.9915
0.992
0.9925
0.993
0.9935
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
Mé
dia
de
Dis
po
nib
ilid
ad
e
(d) CC
0.99
0.9905
0.991
0.9915
0.992
0.9925
0.993
0.9935
0 1 2 3 4 5 6
Mé
dia
de
Dis
po
nib
ilid
ad
e
(e) DEA
0.99
0.9905
0.991
0.9915
0.992
0.9925
0.993
0.9935
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
Mé
dia
de
Dis
po
nib
ilid
ad
e
(f) MB
0.99
0.9905
0.991
0.9915
0.992
0.9925
0.993
0.9935
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
Mé
dia
de
Dis
po
nib
ilid
ad
e
(g) MCRamon Santos Nascimento Orientador: Jean Teixeira (UFRPE)Trabalho de Conclusao de Curso 12 de dezembro de 2015 40 / 46
Resultados
0.98
0.985
0.99
0.995
1
#1 #2 #3 #DoE
Dis
po
nib
ilid
ad
e
Cenários
Baseline
Ramon Santos Nascimento Orientador: Jean Teixeira (UFRPE)Trabalho de Conclusao de Curso 12 de dezembro de 2015 41 / 46
Resultados
Numero de Nos Redundantes UAA CC DEA Disponibilidade (%)
0 0 0 0 98,354451 0 1 0 98,671562 1 1 0 98,988993 1 1 1 99,23963
Ramon Santos Nascimento Orientador: Jean Teixeira (UFRPE)Trabalho de Conclusao de Curso 12 de dezembro de 2015 42 / 46
Consideracoes Finais
Consideracoes Finais
Ramon Santos Nascimento Orientador: Jean Teixeira (UFRPE)Trabalho de Conclusao de Curso 12 de dezembro de 2015 43 / 46
Consideracoes Finais
Os Cenarios 2 e 3 tiveram resultados semelhantes nas analises deconfiabilidade e disponibilidade;
A variacao parametrica nos valores de MTTR influenciam de formamais efetiva na disponibilidade dos componentes;
Os componentes Services e Blob Store sao os que mais prejudicam adisponibilidade da plataforma;
Os componentes de maior sensibilidade a adicao de nos redundantessao: DEA, UAA e CC.
Uma implantacao com mais de dois nos por componentes e poucoeficiente.
Ramon Santos Nascimento Orientador: Jean Teixeira (UFRPE)Trabalho de Conclusao de Curso 12 de dezembro de 2015 44 / 46
Consideracoes Finais
Trabalhos Futuros
Estudos de caso com outras PaaS e considerando novos atributos dedependabilidade;
Estudos considerando a IaaS.
Ramon Santos Nascimento Orientador: Jean Teixeira (UFRPE)Trabalho de Conclusao de Curso 12 de dezembro de 2015 45 / 46
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