Economic regulation for multi tenant infrastructures

Abstract

Large scale computing infrastructures need scalable and effi cient resource allocation mechanisms to ful l the requirements of its participants and applications while the whole system is regulated to work e ciently. Computational markets provide e fficient allocation mechanisms that aggregate information from multiple sources in large, dynamic and complex systems where there is not a single source with complete information. They have been proven to be successful in matching resource demand and resource supply in the presence of sel sh multi-objective and utility-optimizing users and sel sh pro t-optimizing providers. However, global infrastructure metrics which may not directly affect participants of the computational market still need to be addressed -a.k.a. economic externalities like load balancing or energy-efficiency. In this thesis, we point out the need to address these economic externalities, and we design and evaluate appropriate regulation mechanisms from di erent perspectives on top of existing economic models, to incorporate a wider range of objective metrics not considered otherwise. Our main contributions in this thesis are threefold; fi rst, we propose a taxation mechanism that addresses the resource congestion problem e ffectively improving the balance of load among resources when correlated economic preferences are present; second, we propose a game theoretic model with complete information to derive an algorithm to aid resource providers to scale up and down resource supply so energy-related costs can be reduced; and third, we relax our previous assumptions about complete information on the resource provider side and design an incentive-compatible mechanism to encourage users to truthfully report their resource requirements effectively assisting providers to make energy-eff cient allocations while providing a dynamic allocation mechanism to users.

Les infraestructures computacionals de gran escala necessiten mecanismes d’assignació de recursos escalables i eficients per complir amb els requisits computacionals de tots els seus participants, assegurant-se de que el sistema és regulat apropiadament per a que funcioni de manera efectiva. Els mercats computacionals són mecanismes d’assignació de recursos eficients que incorporen informació de diferents fonts considerant sistemes de gran escala, complexos i dinàmics on no existeix una única font que proveeixi informació completa de l'estat del sistema. Aquests mercats computacionals han demostrat ser exitosos per acomodar la demanda de recursos computacionals amb la seva oferta quan els seus participants son considerats estratègics des del punt de vist de teoria de jocs. Tot i això existeixen mètriques a nivell global sobre la infraestructura que no tenen per que influenciar els usuaris a priori de manera directa. Així doncs, aquestes externalitats econòmiques com poden ser el balanceig de càrrega o la eficiència energètica, conformen una línia d’investigació que cal explorar. En aquesta tesi, presentem i descrivim la problemàtica derivada d'aquestes externalitats econòmiques. Un cop establert el marc d’actuació, dissenyem i avaluem mecanismes de regulació apropiats basats en models econòmics existents per resoldre aquesta problemàtica des de diferents punts de vista per incorporar un ventall més ampli de mètriques objectiu que no havien estat considerades fins al moment. Les nostres contribucions principals tenen tres vessants: en primer lloc, proposem un mecanisme de regulació de tipus impositiu que tracta de mitigar l’aparició de recursos sobre-explotats que, efectivament, millora el balanceig de la càrrega de treball entre els recursos disponibles; en segon lloc, proposem un model teòric basat en teoria de jocs amb informació o completa que permet derivar un algorisme que facilita la tasca dels proveïdors de recursos per modi car a l'alça o a la baixa l'oferta de recursos per tal de reduir els costos relacionats amb el consum energètic; i en tercer lloc, relaxem la nostra assumpció prèvia sobre l’existència d’informació complerta per part del proveïdor de recursos i dissenyem un mecanisme basat en incentius per fomentar que els usuaris facin pública de manera verídica i explícita els seus requeriments computacionals, ajudant d'aquesta manera als proveïdors de recursos a fer assignacions eficients des del punt de vista energètic a la vegada que oferim un mecanisme l’assignació de recursos dinàmica als usuaris