Математична модель для оптимізації хмарної IT інфраструктури

Анотація

Це дослідження присвячене формалізації математичної моделі для оптимізації хмарної IT-інфраструктури в умовах стрімкого зростання попиту на обчислювальні ресурси та підвищення вимог до продуктивності й надійності сервісів. Хмарні обчислення є ключовою парадигмою сучасної IT-інфраструктури організацій, адже вони забезпечують масштабованість, гнучкість, скорочення витрат та швидке розгортання сервісів. Разом із тим, зростання складності інфраструктури породжує нові виклики: необхідність балансування між вартістю ресурсів і якістю обслуговування кінцевих користувачів. У роботі проаналізовано основні метрики, що визначають якість функціонування хмарних систем: затримку відповіді, частку помилок, пропускну здатність та доступність. Підкреслено важливість підходу «кількості дев’яток» при оцінці доступності сервісів. Важливу роль відіграють Service Level Objectives (SLO) та Service Level Agreements (SLA), які формалізують вимоги до системи та встановлюють наслідки їх невиконання. Розібрано, як саме SLO та SLA можна інтегрувати у математичні моделі оптимізації, щоб забезпечити контрольовану якість послуг при збереженні економічної ефективності. Запропоновано використання класичних методів лінійного програмування для задач розподілу обчислювальних ресурсів. У моделі змінні відображають кількість та типи ресурсів (CPU, пам’ять, пропускна здатність), а обмеження відповідають вимогам SLO, SLA та фінансовим бюджетам. Такий підхід дозволяє знайти оптимальні конфігурації інфраструктури, що забезпечують максимальне співвідношення «продуктивність/вартість». Додатково розглядається задача масштабування, де оптимізація зводиться до підбору комбінацій віртуальних машин провайдерів хмарних сервісів різних типів у межах заданих обмежень. Також увагу приділено сучасним дослідженням у сфері автоматичного масштабування та використання методів цілочислового лінійного програмування для задач консолідації віртуальних машин. Це дозволяє розширити класичну математичну модель і зробити його придатним для вирішення реальних проблем провайдерів хмарних послуг. Результати дослідження демонструють, що формалізація задачі оптимізації хмарної інфраструктури через систему метрик, SLO та SLA створює основу для побудови ефективних алгоритмів автоматизованого управління ресурсами. Запропонований підхід може бути використаний як у наукових дослідженнях, так і у практичній діяльності компаній, які прагнуть досягти балансу між витратами та надійністю у високонавантажених хмарних середовищах.