Unified Management of Applications on Heterogeneous Clouds PhD Thesis Jose Manuel Carrasco Mora Programa de Doctorado de Tecnolog´ıasInform´aticas Departamento de Lenguajes y Ciencias de la Computaci´on ETS Ingenier´ıaInform´atica Universidad de M´alaga Supervised by Dr. Francisco Javier Dur´anMu~noz Dr. Ernesto Pimentel S´anchez May 2021 AUTOR: José Manuel Carrasco Mora https://orcid.org/0000-0002-2936-2713 EDITA: Publicaciones y Divulgación Científica. Universidad de Málaga Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial- SinObraDerivada 4.0 Internacional: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/legalcode Cualquier parte de esta obra se puede reproducir sin autorización pero con el reconocimiento y atribución de los autores. No se puede hacer uso comercial de la obra y no se puede alterar, transformar o hacer obras derivadas. Esta Tesis Doctoral está depositada en el Repositorio Institucional de la Universidad de Málaga (RIUMA): riuma.uma.es Escuela de Doctorado DECLARACIÓN DE AUTORÍA Y ORIGINALIDAD DE LA TESIS PRESENTADA PARA OBTENER EL TÍTULO DE DOCTOR D./Dña JOSE MANUEL CARRASCO MORA Estudiante del programa de doctorado TECNOLOGÍAS INFORMÁTICAS de la Universidad de Málaga, autor/a de la tesis, presentada para la obtención del título de doctor por la Universidad de Málaga, titulada: UNIFIED MANAGEMENT OF APPLICATIONS ON HETEROGENEOUS CLOUDS Realizada bajo la tutorización de ERNESTO PIMENTEL SÁNCHEZ y dirección de FRANCISCO JAVIER DURÁN MUÑOZ Y ERNESTO PIMENTEL SÁNCHEZ (si tuviera varios directores deberá hacer constar el nombre de todos) DECLARO QUE: La tesis presentada es una obra original que no infringe los derechos de propiedad intelectual ni los derechos de propiedad industrial u otros, conforme al ordenamiento jurídico vigente (Real Decreto Legislativo 1/1996, de 12 de abril, por el que se aprueba el texto refundido de la Ley de Propiedad Intelectual, regularizando, aclarando y armonizando las disposiciones legales vigentes sobre la materia), modificado por la Ley 2/2019, de 1 de marzo. Igualmente asumo, ante a la Universidad de Málaga y ante cualquier otra instancia, la responsabilidad que pudiera derivarse en caso de plagio de contenidos en la tesis presentada, conforme al ordenamiento jurídico vigente. En Málaga, a 27 de MAYO de 2021 Fdo.: JOSE MANUEL CARRASCO MORA Edificio Pabellón de Gobierno. Campus El Ejido. 29071 Tel.: 952 13 10 28 / 952 13 14 61 / 952 13 71 10 E-mail: [email protected] - Sobre la tesis doctoral con título "Unified Management of Applications on Heterogeneous Clouds", realizada por Jose Manuel Carrasco Mora, los profesores Ernesto Pimentel Sánchez y Francisco Javier Durán Muñoz, del Departamento de Lenguajes y Ciencias de la Computación d ela Universidad de Málaga: ● Confirman la idoneidad de la tesis para su presentación por compendio de publicaciones. ● Afirman que ni las publicaciones que avalan la tesis, ni las que forman parte de la misma, han sido utilizadas en tesis anteriores. ● Autorizan su lectura. Málaga, 27 de mayo de 2021 Ernesto Pimentel Sánchez Francisco Javier Durán Muñoz (tutor y co-director de la tesis) (co-director de la tesis) Acknowledgements We are grateful to our partners in the SeaClouds project, and in particu- lar to our colleagues Alex Heneveld, Andrea Turli, and the rest of Cloud- soft Inc., and Francesco D'Andria and Roi Sucasas from Atos Spain. This work has been partially supported by EU project FP7-610531 SeaClouds; Spanish MINECO/FEDER projects TIN2014-52034-R and TIN2015-67083- R; Andalusian Gov project P11-TIC-7659; and Univ. M´alaga,Campus de Excelencia Internacional Andaluc´ıaTech. Special Acknowledgements Antes de comenzar me gustar´ıa mencionar a las personas que de alguna manera me han ayudado a llegar hasta aqu´ı. La tesis comenz´oformalmente hace ya bastantes a~nos,seis para ser exactos, y la verdad es que llegados a este punto a mis directores, Paco y Ernesto, solo puedo ofrecerles mi m´assincero agradecimiento por haberme dedicado todo el tiempo, la energ´ıa, la confianza y la paciencia que he necesitado para completar este trabajo. Me gusta decir que ha sido un placer trabajar con vosotros, pero en realidad lo que ha sido es un privilegio. Gracias. La verdad es que esta tesis, supongo que como todas las dem´as,ha sido un camino largo con muchos altibajos. Aqu´ıquiero agradecer una cosa a mis padres, Jose y Loli, porque adem´asde todo lo que me han dado, creo que me han ense~nadouna de las armas m´as´utiles que he tenido para enfrentarme a este trabajo, la constancia. Sin vuestro apoyo esto no habr´ıasido posible. Esto va tambi´enpor el resto de mi familia, Jes´us,Mar´ıa,Pedro y Roc´ıo. Hay una persona que ha vivido muy de cerca este proceso, Mar´ıaJes´us,ha visto cada paso, ha sufrido los quebraderos de cabeza que supon´ıanmuchas de las decisiones, me ha dado el mejor ´animo,el apoyo m´astenaz, y los mejores consejos que se pueden esperar. No s´ecu´anto de esto es tuyo, pero creo que no es poco. Llegado este punto no puedo olvidar a mi grupo de amigos, Paco, Esme, Jos´eFrancisco, Maricarmen, Pepe, Adriana, Alonso, Mari, Pedro, Rub´en, Mary, Alvaro,´ Alberto, Oscar´ e Inmi. Por suerte, para m´ı,han aguantado estoicamente todas las horas que he pasado cont´andolescomo iba con la tesis, ya sea porque ellos me hubiesen preguntado o porque yo recurrentemente acabara hablando del tema. Afortunadamente mi inicio en el camino de la investigaci´onno fue en solitario, esta aventura comenz´ocon mis amigos, Adri´an,Antonio y Miguel, y a d´ıa de hoy puedo decir que trabajar con ellos fue toda una suerte. Tambi´en me gustar´ıaagradecer al resto de miembros del equipo de SCENIC toda la ayuda, y el soporte personal que me han prestado. Mis amigos de la universidad, Javi, Alejandro, Antonio, Estefan´ıa, Jos´e, Curro, Marcos, Javi Espinar, Hugo y Dami´an.Vuestra ayuda a lo largo de los a~nosha sido indispensable para llegar hasta aqu´ı. Durante todo este tiempo he encontrado otras tantas personas que se han preocupado y me han ense~nadomuch´ısimoen lo t´ecnicoy en lo personal, Toni, Portero, V´ıctor,Joaqu´ın,Pedro, Pedraza, Rafa, Carlos, Iv´an,Antonio Jes´us,Edu, Castor y Julio. Gracias. No me puedo despedir sin agradecer a Sergio G´alvez todo el apoyo, los con- sejos y el ´animoque me ha dado a lo largo de los a~nos. \A hombros de gigantes." | I. Newton Carta a Robert Hooke, 1675 Contents Contents ix Resumen (in Spanish) 1 Chapter 1. Introduction 15 1.1 Motivations and challenges . 17 1.1.1 Portability and interoperability . 17 1.1.2 Runtime migration . 20 1.1.3 Lifecycle robust management . 21 1.1.4 Research challenges . 23 1.2 Contributions . 24 1.3 Outline . 26 Chapter 2. Published Work 27 2.1 List of research contributions . 27 2.2 Research execution . 29 2.3 Support Papers . 32 2.3.1 Bidimensional cross-cloud management with TOSCA and Brooklyn 35 2.3.2 Trans-cloud: CAMP/TOSCA-based bidimensional cross-cloud . 37 2.3.3 Component migration in a trans-cloud environment . 39 2.3.4 Runtime migration of applications in a trans-cloud environment . 41 2.3.5 Live migration of trans-cloud applications . 43 2.3.6 Robust management of trans-cloud applications . 45 Chapter 3. Related Work 47 3.1 Standards . 48 3.2 Portability and interoperability . 51 3.2.1 Common API . 52 3.2.2 Federated clouds . 54 3.2.3 Broker-based solutions . 55 3.2.4 Cloud-coupled orchestrators . 56 3.2.5 Cloud-decoupled orchestrators . 59 3.2.6 Commercial orchestrators . 60 ix x CONTENTS 3.2.7 Applications and platforms modeling . 62 3.3 Migration . 63 3.3.1 Migration of legacy applications . 64 3.3.2 Runtime migration . 66 3.4 Self-Healing . 68 3.4.1 Architecture and infrastructure . 69 3.4.2 Application self-healing . 71 3.4.3 Commercial solutions . 74 3.5 Containers, the vendor lock-in's chimera . 74 3.5.1 Portability of container-based applications . 75 3.5.2 Runtime migration of container-based applications . 78 3.5.3 Self-healing container-based applications . 79 Chapter 4. Conclusions and Future Work 81 4.1 Conclusions . 81 4.2 Future work . 85 References 87 Resumen (in Spanish) El concepto Cloud Computing o Computaci´onen la Nube se ha descrito hasta la fecha en t´erminosde la evoluci´onde la tecnolog´ıaque lo conforman (por ejemplo, la compu- taci´onen Grid y Clustering), de los paradigmas en los que se basa (como Virtualization, Client-Server-Model and Peer-to-Peer), sus caracter´ısticas(por ejemplo, elasticidad y escalabilidad), o sus ventajas log´ısticas y econ´omicas(como el uso y pago bajo demanda de los recursos y servicios). Sin embargo, ubicuidad podr´ıaser la palabra m´asilustrativa para describir este concepto. La Computaci´onen la Nube no es solo uno de los temas m´assignificativos y controvertidos en entornos empresariales y acad´emicos,sino que la influencia del Cloud transciende en la sociedad hasta tal punto que esta tecnolog´ıase utiliza cada d´ıaen el mundo entero mediante miles de aplicaciones, modificando las re- laciones entre empresas y clientes, la forma en que las personas se conectan y comparten informaci´on,y c´omoesta informaci´onse produce, gestiona, procesa y consume. Es innegable que la Computaci´onen la Nube ha supuesto una revoluci´onde las Tecnolog´ıasde la Informaci´ony un cambio radical para la industria, que en muy poco tiempo ha abandonado las soluciones del tipo cliente-servidor para usar y desarrollar soluciones basadas en el Cloud.