OptiFaaS: Optimale und adaptive Allokation von FaaS-Ressourcen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. David Bermbach; Professor Dr.-Ing. Sergio Lucia Gil
• Fachliche Zuordnung: Sicherheit und Verlässlichkeit, Betriebs-, Kommunikations- und verteilte Systeme
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 495343202

Function-as-a-Service (FaaS) ist die neuste Inkarnation cloudbasierter Computedienste. Ein wesentlicher Vorteil von FaaS ist, wie einfach es die Anwendungsentwicklung gemacht hat: Entwickler schreiben lediglich kleine zustandslose Funktionen, die mit Plattformdiensten wie bspw. Datenbanken oder Messaging interagieren – der Betrieb wird dem FaaS-Anbieter überlassen. Aufgrund der Attraktivität des Programmiermodells sowie der klaren Trennung von Zustands- und Funktionsmanagement ist FaaS auch ein vielversprechender Kandidat für Edge-Computing. Heutiges FaaS hat jedoch auch einige Probleme: Erstens berücksichtigt das Function-Placement in der Regel nicht Dateneingabe und -ausgabe, was dazu führt, dass FaaS-Plattformen dazu neigen, eine „Data-Shipping“-Architektur umzusetzen. Zweitens verursacht das Cold-Start-Problem, das auftritt, wenn ein Request keine freie Funktionsinstanz findet, Latenzausreißer, die sich gerade in Workflows mit mehreren Funktionen summieren. In geografisch verteilten Fog-Umgebungen ist dies noch gravierender, da der Funktionscode zuerst von einem (geo-)entfernten Server abgerufen werden muss, was die Cold-Start-Latenz weiter erhöht. Drittens werden im bestehenden FaaS-Programmiermodell Funktionen durch einzelne Events ausgelöst. Für moderne Anwendungen, insbesondere im Internet der Dinge, wäre jedoch ein mächtigereres Ereignismodell, das Funktionen auf Basis mehrerer Events auslösen kann, sehr nützlich und würde zudem die Wiederverwendbarkeit von Funktionen durch lose Kopplung von Funktionen erhöhen sowie dazu beitragen, die Paradigmenlücke zwischen FaaS und Stream-Processing-Systemen zu schließen. Viertens sind bestehende Kompositionsframeworks providerspezifisch und unterstützen keine Multi-Provider-Workflows, was aber für Cloud/Edge/Fog-Workflows entscheidend ist. Außerdem setzen sie meist auf Orchestrierung, was zum sogenannten „Double-Billing“ führt.In OptiFaaS werden wir eine FaaS-Plattform für Cloud/Edge/Fog-Umgebungen erforschen und entwickeln, die oben genannten Probleme adressiert. Insbesondere werden wir(i) eine neue FaaS-Plattform entwickeln, die föderiert über Cloud/Edge/Fog laufen kann und dabei bestehende FaaS-Anbieter integriert,(ii) einen neuartigen Multi-Event-Trigger designen, der durch Complex-Event-Processing inspiriert ist,(iii) ein plattformübergreifendes FaaS-Choreography-Framework entwerfen,(iv) einen intelligenten Ansatz für Function-Placement und -Schedulung entwickeln, der das Placement zur Laufzeit in Hinblick auf Quality-of-Service-Ziele optimiert und anpasst. Der Ansatz wird dabei Dateneingabe und -ausgabe sowie bereits deployte Funktionen, Ressourcenauslastung von FaaS-Systemen, Cold-Starts, Kosten und Constraints wie bspw. Privacy berücksichtigen. Hierfür werden wir Ansätze aus Model-Predictive-Control und Distributed-Decision-Making weiterentwickeln und für die Domäne FaaS anpassen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen