Alternatives à la migration de machines virtuelles pour l'optimisation des ressources dans les centres informatiques hautement consolidés

Server virtualization is a technology of prime importance in contemporary data centers. Virtualization provides two key mechanisms, virtual instances and migration, that enable the maximization of the resource utilization to decrease the capital expenses in a data center. In this thesis, we identified and studied two contexts where traditional virtual instance migration falls short in providing the optimal tools to utilize at best the resource available in a cluster: idle virtual machines and largescale hypervisor upgrades.Idle virtual machines permanently lock the resources they are assigned only to await incoming user requests. Indeed, while they are most of the time idle, they cannot be shut down, which would release resources for more demanding services. To address this issue, we propose SEaMLESS, a solution that leverages a novel VM-to-container migration that transforms idle Linux virtual machines into resource-less proxies. SEaMLESS intercepts new user requests while virtual machines are disabled, transparently resuming their execution upon new signs of activity. Furthermore, we propose an easy-to-adopt technique to disable virtual machines based on the traditional hypervisor memory swapping. With our novel suspend-to-swap, we are able to release the majority of the memory and CPU seized by the idle instances, yet providing a fast resume.In the second part of the thesis, we tackle the problem of large-scale upgrades of the hypervisor software. Hypervisor upgrades often require a machine reboot, forcing data center administrators to evacuate the hosts, relocating elsewhere the virtual machines to protect their execution. As this evacuation is costly, both in terms of network transfers and spare resources needed in the data center, hypervisor upgrades hardly scale. We propose Hy-FiX and Multi-FiX, two in-place upgrade that do not consume resource external to the host. Both solutions leverage a zero-copy migration of virtual machines within the host, preserving their execution state across the hypervisor upgrade. Hy-FiX and Multi-FiX achieve scalable upgrades, with only limited impact on the running instances.La virtualisation est une technologie de première importance dans les centres informatiques (data centers). Elle fournit deux mécanismes clés, les machines virtuelles et la migration, qui permettent de maximiser l’utilisation des ressources pour réduire les dépenses d’investissement. Dans cette thèse, nous avons identifié et étudié deux contextes où la migration traditionnelle ne parvient pas à fournir les outils optimaux pour utiliser au mieux les ressources disponibles dans un cluster : les machines virtuelles inactives et les mises à jour à grande échelle des hyperviseurs.Les machines virtuelles inactives verrouillent en permanence les ressources qui leur sont attribuées uniquement dans l’attente des (rares) demandes des utilisateurs. Ainsi, alors qu’elles sont la plupart du temps inactifs, elles ne peuvent pas être arrêtées, ce qui libérerait des ressources pour des services plus demandeurs. Pour résoudre ce problème, nous proposons SEaMLESS, une solution qui exploite une nouvelle forme de migration de VM vers un conteneur, en transformant les machines virtuelles Linux inactives en proxys sans ressources. SEaMLESS intercepte les nouvelles demandes des utilisateurs lorsque les machines virtuelles sont désactivées, reprenant de manière transparente leur exécution dès que de nouveaux signes d’activité sont détectés. De plus, nous proposons une technique facile à adopter pour désactiver les machines virtuelles basée sur une mise en swap de la mémoire de la machine virtuelle. Grâce à notre nouveau système de suspension en swap, nous sommes en mesure de libérer la majorité de la mémoire et du processeur occupés par les instances inactives, tout en offrant une reprise rapide du service.Dans la deuxième partie de la thèse, nous abordons le problème des évolutions à grande échelle des hyperviseurs. Les mises à niveau de l’hyperviseur nécessitent souvent un redémarrage de la machine, forçant les administrateurs du centre informatique à évacuer les hôtes, en déplaçant ailleurs les machines virtuelles pour protéger leur exécution. Cette évacuation est coûteuse, à la fois en termes de transferts réseau et de ressources supplémentaires nécessaires dans le centre informatique. Pour répondre à ce défi, nous proposons Hy-FiX et Multi-FiX, deux solutions de mise à niveau sur place qui ne consomment pas de ressources externes à l’hôte. Les deux solutions tirent parti d’une migration sans copie des machines virtuelles au sein de l’hôte, préservant leur état d’exécution tout au long de la mise à niveau de l’hyperviseur. Hy-FiX et Multi-FiX réalisent des mises à niveau évolutives, avec un impact limité sur les instances en cours d’exécution