Surveillance de l'exécution et analyse de préemption entre machines virtuelles

Au cours des dernières années, l'infonuagique a pris un essor considérable dans le domaine de l'informatique. Cette technologie oriente les parcs informatiques à grande échelle vers un modèle flexible, portable et souvent écoénergétique. Les fournisseurs de services infonuagiques offrent à leurs clients un environnement isolé, disponible, et surtout adapté à leurs besoins. Les machines virtuelles non seulement répondent à ces critères, mais procurent aussi des avantages supplémentaires. Les coûts de gestion de matériel, de consommation d'électricité et de licences de logiciels sont réduits dans un tel modèle. Ainsi, dans un nuage informatique, un grand nombre de machines virtuelles (VM, ou système invité), gérées par un hyperviseur, cohabitent sur un même poste physique dont elles se partagent les ressources. Cependant, les machines virtuelles sont entièrement isolées les unes des autres et ont toutes l'illusion d'avoir un accès exclusif et absolu aux ressources de leur hôte. Ces ressources sont souvent surengagées, dans le sens où elles apparaissent comme étant plus disponibles qu'elles ne sont réellement. Cette caractéristique introduit inévitablement des baisses de performance aux applications des machines virtuelles, dont les sources dépendent de l'environnement externe et sont à priori impossibles à identifier. L'objectif de cette étude est d'offrir aux administrateurs des machines hôtes un outil permettant de surveiller les interactions des systèmes d'exploitation invités et localiser facilement les anomalies de performance lorsqu'elles surviennent. Notre approche est basée sur le traçage, une méthode de surveillance qui s'est avérée efficace pour la compréhension du détail de fonctionnement d'une application. Par ailleurs, le traçage noyau permet d'effectuer la surveillance de vue globale d'un système d'exploitation. On peut ensuite analyser les interactions entre les applications utilisateurs qu'il sert et le matériel disponible qu'il exploite. En traçant simultanément le système hôte et les machines virtuelles, il est possible d'agréger les informations collectées de ces différentes sources et de présenter en clair à l'utilisateur les interactions entre les différents systèmes qui sont à priori invisibles. Cette étude se concentre sur les CPUs comme ressources partagées. Le déni du CPU à une machine virtuelle par le système hôte y introduit des délais invisibles, mais bien présents. Nous utilisons LTTng, un traceur à bas surcoût d'utilisation, pour collecter des traces noyau générées sur les différents systèmes d'exploitation. Une fois les traces agrégées, il est possible de modéliser l'ensemble des systèmes concernés et d'effectuer un bilan d'utilisation et d'interactions entre ceux-ci. L'indisponibilité du CPU pour chaque VM est alors présentée à l'administrateur du parc informatique, qui peut par la suite prendre les mesures nécessaires pour remédier aux problèmes. Cependant, tel que nous l'expliquerons dans ce mémoire, l'agrégation des traces est une tâche non triviale. En effet, chaque système d'exploitation, hôte ou invité, est responsable de sa propre gestion d'horloge. Par conséquent, les estampilles de temps assignées aux évènements des traces ne sont cohérentes que dans le contexte propre à chaque système. Un algorithme de synchronisation de traces distribuées a été adapté au contexte des machines virtuelles pour remédier à la non-conformité des horloges.