Model-Driven Software Engineering for Virtual Machine Images Provisioning in Cloud Computing

The Cloud Computing Infastructure-as-a-Service (IaaS) layer provides a service for on demand virtual machine images (VMIs) deployment. This service provides a flexible platform for cloud users to develop, deploy, and test their applications. The deployment of a VMI typically involves booting the image, installing and configuring the software packages. In the traditional approach, when a cloud user requests a new platform, the cloud provider selects an appropriate template image for cloning and deploying on the cloud nodes. The template image contains pre-installed software packages. If it does not fit the requirements, then it will be customized or the new one will be created from scratch to fit the request. In the context of cloud service management, the traditional approach faces the difficult issues of handling the complexity of interdependency between software packages, scaling and maintaining the deployed image at runtime. The cloud providers would like to automate this process to improve the performance of the VMIs provisioning process, and to give the cloud users more flexibility for selecting or creating the appropriate images while maximizing the benefits for providers intern of time, resources and operational cost. This thesis proposes an approach to manage the interdependency of the software packages, to model and automate the VMIs deployment process, to support the VMIs reconfiguration at runtime, called the Model-Driven approach. We particularly address the following challenges: (1) modeling the variability of virtual machine image configurations; (2) reducing the amount of data transfer through the network; (3) optimizing the power consumption of virtual machines; (4) easy-to-use for cloud users; (5) automating the deployment of VMIs; (6) supporting the scaling and reconfiguration of VMIs at runtime; (7) handling the complex deployment topology of VMIs. In our approach, we use Model-Driven Engineering techniques to model the abstraction representations of the VMI configurations, the deployment and the reconfiguration processes of virtual machine image. We consider the VMIs as a product line and use the feature models to represent the VMIs configurations. We also define the deployment, re-configuration processes and their factors (e.g. virtual machine images, software packages, platform, deployment topology, etc.) as the models. On the other hand, the Model-Driven approach relies on the high-level abstractions of the VMIs configuration and the VMIs deployment to make the management of virtual images in the provisioning process to be more flexible and easier than traditional approaches.La couche Infrastructure- as-a-Service (IaaS) de Cloud Computing offre un service de déploiement des images de machines virtuelles (VMIs) à la demande. Ce service fournit une plate-forme flexible pour les utilisateurs de cloud computing pour développer , déployer et tester leurs applications. Le déploiement d'une VMI implique généralement le démarrage de l'image, l'installation et la configuration des paquets de logiciels. Dans l'approche traditionnelle, lorsqu'un utilisateur de cloud demande une nouvelle plate-forme, le fournisseur de cloud sélectionne une image de modèle approprié pour cloner et déployer sur les nœuds de cloud. L'image de modèle contient des paquets de logiciel pré-installés. Si elle ne correspond pas aux exigences, alors elle sera personnalisée ou la nouvelle image sera créé à partir de zéro pour s'adapter à la demande. Dans le cadre de la gestion des services de cloud, l'approche traditionnelle face aux questions difficiles de la manipulation de la complexité de l'interdépendance entre les paquets de logiciel, mise à l'échelle et le maintien de l' image déployée à l'exécution. Les fournisseurs de cloud souhaitent automatiser ce processus pour améliorer la performance de processus d'approvisionnement des VMIs, et de donner aux utilisateurs de cloud plus de flexibilité pour la sélection ou la création des images appropriées, tout en maximisant les avantages pour les fournisseurs en termes de temps, de ressources et de coût opérationnel. Cette thèse propose une approche pour gérer l'interdépendance des paquets de logiciels, pour modéliser et automatiser le processus de déploiement VMIs, et pour soutenir la reconfiguration VMIS à l'exécution, appelée l'approche dirigée par les modèle (Model-Driven approach). Nous nous adressons particulièrement aux défis suivants: (1) la modélisation de la variabilité des configurations d'image de machine virtuelle , (2) la réduction la quantité de transfert de données à travers le réseau , (3) l'optimisation de la consommation d'énergie des machines virtuelles ; (4) la facilité à utiliser pour les utilisateurs de cloud; (5) l'automatisation du déploiement des VMIs; (6) le support de la mise à l'échelle et la reconfiguration de VMIS à l'exécution ; (7) la manipulation de la topologie de déploiement complexe des VMIs . Dans notre approche, nous utilisons des techniques d'ingénierie dirigée par les modèles pour modéliser les représentations d'abstraction des configurations de VMI, le déploiement et les processus de reconfiguration d'image de machine virtuelle. Nous considérons que les VMIS comme une gamme de produits et utiliser les modèles de caractère pour représenter les configurations de VMIs. Nous définissons également le déploiement , les processus de reconfiguration et leurs facteurs (par exemple: les images de machines virtuelles, les paquets de logiciel, la plate-forme, la topologie de déploiement, etc.) comme les modèles. D'autre part, l'approche dirigée par les modèles s'appuie sur les abstractions de haut niveau de la configuration de VMIs et le déploiement de VMIs pour rendre la gestion d'images virtuelles dans le processus d'approvisionnement pour être plus flexible et plus facile que les approches traditionnelles