<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Publishing DTD v1.3 20210610//EN" "JATS-journalpublishing1-3.dtd">
<article article-type="research-article" dtd-version="1.3" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xml:lang="ru"><front><journal-meta><journal-id journal-id-type="publisher-id">pribor</journal-id><journal-title-group><journal-title xml:lang="ru">Известия высших учебных заведений. Приборостроение</journal-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>Journal of Instrument Engineering</trans-title></trans-title-group></journal-title-group><issn pub-type="ppub">0021-3454</issn><issn pub-type="epub">2500-0381</issn><publisher><publisher-name>Национальный исследовательский университет ИТМО</publisher-name></publisher></journal-meta><article-meta><article-id pub-id-type="doi">10.17586/0021-3454-2025-68-5-371-379</article-id><article-id custom-type="elpub" pub-id-type="custom">pribor-368</article-id><article-categories><subj-group subj-group-type="heading"><subject>Research Article</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="ru"><subject>ИНФОРМАТИКА И ИНФОРМАЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="en"><subject>INFORMATICS AND INFORMATION PROCESSES</subject></subj-group></article-categories><title-group><article-title>Многокритериальная оптимизация структуры кластера с контейнерной виртуализацией</article-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>Multi-Criteria Optimization of Cluster Structure with Container Virtualization</trans-title></trans-title-group></title-group><contrib-group><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Богатырев</surname><given-names>В. А.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Bogatyrev</surname><given-names>V. A.</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="ru"><p>Владимир Анатольевич Богатырев — д-р техн. наук, профессор; Университет ИТМО , факультет программной инженерии и компьютерной техники; Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения, кафедра информационной безопасности</p><p>Санкт-Петербург</p></bio><bio xml:lang="en"><p>Vladimir A. Bogatyrev — Dr. Sci, Professor; ITMO University, Faculty of Software Engineering and Computer Systems; St. Petersburg State University of Aerospace Instrumentation, Department of Information Security</p><p>St. Petersburg</p></bio><email xlink:type="simple">vladimir.bogatyrev@gmail.com</email><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Фунг</surname><given-names>В. К.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Phung</surname><given-names>V. Q.</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="ru"><p>Фунг Ван Кю — аспирант; Университет ИТМО, факультет прог раммной инженерии и компьютерной техники</p><p>Санкт-Петербург</p></bio><bio xml:lang="en"><p>Phung Van Quy — Post-Graduate Student; ITMO University, Faculty of Software Engineering and Computer Systems</p><p>St. Petersburg</p></bio><email xlink:type="simple">phungvanquy97@gmail.com</email><xref ref-type="aff" rid="aff-2"/></contrib></contrib-group><aff-alternatives id="aff-1"><aff xml:lang="ru"><institution>Университет ИТМО;&#13;
Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения</institution></aff><aff xml:lang="en"><institution>ITMO University;&#13;
St. Petersburg State University of Aerospace Instrumentation</institution></aff></aff-alternatives><aff-alternatives id="aff-2"><aff xml:lang="ru"><institution>Университет ИТМО</institution></aff><aff xml:lang="en"><institution>ITMO University</institution></aff></aff-alternatives><pub-date pub-type="collection"><year>2025</year></pub-date><pub-date pub-type="epub"><day>09</day><month>06</month><year>2025</year></pub-date><volume>68</volume><issue>5</issue><fpage>371</fpage><lpage>379</lpage><permissions><copyright-statement>Copyright &amp;#x00A9; Национальный исследовательский университет ИТМО, 2025</copyright-statement><copyright-year>2025</copyright-year><copyright-holder xml:lang="ru">Национальный исследовательский университет ИТМО</copyright-holder><copyright-holder xml:lang="en">Национальный исследовательский университет ИТМО</copyright-holder><license xlink:href="https://pribor.ifmo.ru/jour/about/submissions#copyrightNotice" xlink:type="simple"><license-p>https://pribor.ifmo.ru/jour/about/submissions#copyrightNotice</license-p></license></permissions><self-uri xlink:href="https://pribor.ifmo.ru/jour/article/view/368">https://pribor.ifmo.ru/jour/article/view/368</self-uri><abstract><p>Обсуждается практика развертывания приложений в виде контейнеров, получившая в последние годы широкое распространение благодаря высокой эффективности и гибкости в управлении вычислительными ресурсами. Контейнеризация позволяет ускорить разработку и развертывание программного обеспечения, повышает стабильность, производительность и надежность работы приложений при адаптивной реконфигурации системы к изменениям потоков запросов и накоплению отказов. При обосновании выбора проектных решений эффективность кластерных систем с контейнерной виртуализацией оценивается по прибыли, получаемой от эксплуатации системы в единицу времени. Эта прибыль зависит от влияния числа развертываемых контейнеров на задержки обслуживания запросов и на поддержку инфраструктуры. Трудность оценки среднего времени ожидания запросов в узлах кластера обусловлена сложным влиянием при контейнерной виртуализации динамического разделения общих вычислительных ресурсов узлов между активными контейнерами на их производительность. Цель статьи — повышение эффективности функционирования кластерных систем контейнерной виртуализации при адаптивной реконфигурации числа узлов и развернутых в них контейнеров в зависимости от интенсивности потоков запросов, поступающих в кластер. Выбор конфигурации кластера осуществляется с учетом снижения эксплуатационных расходов и повышения прибыли от своевременного и безошибочного выполнения функциональных запросов.</p></abstract><trans-abstract xml:lang="en"><p>The practice of deploying applications in the form of containers, which has become widespread in recent years due to its high efficiency and flexibility in managing computing resources is discussed. Containerization allows accelerating the development and deployment of software, increases the stability, performance and reliability of applications during adaptive reconfiguration of the system to changes in request flows and accumulation of failures. When substantiating the choice of design solutions, the efficiency of cluster systems with container virtualization is estimated by the profit received from operating the system per unit of time. This profit depends on the impact of the number of deployed containers on request servicing delays and on infrastructure support. The difficulty of estimating the average wait time for requests in the cluster nodes is due to the complex effect of dynamic sharing of shared computing resources of nodes between active containers on their performance during container virtualization. The study is aimed at improving the efficiency of cluster container virtualization systems with adaptive reconfiguration of the number of nodes and containers deployed in them depending on the intensity of requests coming into the cluster. The choice of cluster configuration is made taking into account the reduction of operating costs and increase in profit from the timely and error-free execution of functional requests.</p></trans-abstract><kwd-group xml:lang="ru"><kwd>кластер</kwd><kwd>виртуализация</kwd><kwd>контейнер</kwd><kwd>многокритериальность</kwd><kwd>оптимизация</kwd><kwd>прибыль</kwd></kwd-group><kwd-group xml:lang="en"><kwd>cluster</kwd><kwd>virtualization</kwd><kwd>container</kwd><kwd>multi-criteria</kwd><kwd>optimization</kwd><kwd>profit</kwd></kwd-group></article-meta></front><back><ref-list><title>References</title><ref id="cit1"><label>1</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Koren H. Fault Tolerant Systems. San Francisco: Morgan Kaufmann Publ., 2009. P. 309.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Koren H. Fault tolerant systems, San Francisco, Morgan Kaufmann publications, 2009, 309 p.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit2"><label>2</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Половко А. М., Гуров С. В. Основы теории надежности. СПб: БХВ-Петербург, 2006. 702 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Polovko A.M., Gurov S.V. Osnovy teorii nadezhnosti (Fundamentals of Reliability Theory), St. Petersburg, 2006, 702 р. (in Russ.)</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit3"><label>3</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Черкесов Г. Н. Надежность аппаратно-программных комплексов. СПб: Питер, 2005. 479 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Cherkesov G.N. Nadezhnost' apparatno-programmnykh kompleksov (Reliability of Hardware and Software Systems), St. Petersburg, 2005, 479 р. (in Russ.)</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit4"><label>4</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Aysan H. Fault-tolerance strategies and probabilistic guarantees for real-time systems Mälardalen University: Extended abstract of Doctorʼs Thesis. Västeräs, Sweden, Mälardalen Univ. 2012.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Aysan H. Fault-tolerance strategies and probabilistic guarantees for real-time systems, Doctor’s thesis, Mälardalen University, 2012, 109 p.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit5"><label>5</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Shubinsky I. B., Rozenberg I. N., Papic L. Adaptive fault tolerance in real-time information systems // Reliability: Theory &amp; Applications. 2017. Vol. 12, N 1(44). P. 18–25.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Shubinsky I.B., Rozenberg I.N., Papic L. Reliability: Theory &amp; Applications, 2017, no. 1(12), pp. 18–25.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit6"><label>6</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Клейнрок Л. Теория массового обслуживания. М.: Машиностроение, 1979. 432 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Kleinrock L. Queueing Systems, NY, Wiley Interscience, 1975–1976.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit7"><label>7</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Клейнрок Л. Вычислительные системы с очередями. М.: Мир, 1979. 600 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Kleinrock L. Queueing Systems, Vol. II – Computer Applications, NY, Wiley Interscience, 1976, 576 p.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit8"><label>8</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Sanjay H., Ahirwar P., Rajan S. Containerization: cloud computing based inspiration Technology for Adoption through Docker and Kubernetes // 2nd Intern. Conf. on Electronics and Sustainable Communication Systems. 2021. DOI: 10.1109/ICESC51422.2021.9532917.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Hardikar S., Pradeep A., and Sameer R. 2021 2nd Intern. Conf. on Electronics and Sustainable Communication Systems, 2021, DOI: 10.1109/ICESC51422.2021.9532917.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit9"><label>9</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Hanan S. et al. Cloud computing virtualization of resources allocation for distributed systems // Journal of Applied Science and Technology Trends. 2020. Vol. 1. N 2. P. 98–105. DOI: 10.38094/jastt1331.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Shukur H. et al. Journal of Applied Science and Technology Trends, 2020, no. 2(1), pp. 98–105, DOI: 10.38094/jastt1331.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit10"><label>10</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Ouafa B., Belloum A. S. Z., Sebaa A., El-Maouhab A. Containerization technologies: Taxonomies, applications and challenges // Journal of Supercomputing. 2022. Vol. 78, N 1. P. 1144–1181. DOI: 10.1007/s11227-021-03914-1.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Bentaleb O., Belloum A.S.Z., Sebaa A., and El-Maouhab A. The Journal of Supercomputing, 2022, no. 1(78), pp. 1144–1181, DOI: 10.1007/s11227-021-03914-1.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit11"><label>11</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Kim S., Choi Y. Constraint-aware VM placement in heterogeneous computing clusters // Cluster Computing. 2020. Vol. 23. P. 71–85. DOI: 10.1007/s10586-019-02966-6.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Kim S., Choi Y. Cluster Computing, 2020, vol. 23, рр. 71–85, DOI: 10.1007/s10586-019-02966-6.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit12"><label>12</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Богатырев В. А., Богатырев А. В. Надежность функционирования кластерных систем реального времени с фрагментацией и резервированным обслуживанием запросов // Информационные технологии. 2016. Т. 22, № 6. С. 409–416.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Bogatyrev V.A., Bogatyrev A.V. Information Technologies, 2016, no. 6(22), pp. 409–416. (in Russ.)</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit13"><label>13</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Татарникова Т. М., Архипцев Е. Д., Кармановский Н. С. Определение размера кластера и числа реплик высоконагруженных информационных систем // Изв. вузов. Приборостроение. 2023. Т. 66, № 8. С. 646–651.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Tatarnikova Т.М., Arkhiptsev E.D., Karmanovskiy N.S. Journal of Instrument Engineering, 2023, no. 8(66), pp. 646– 651. (in Russ.)</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit14"><label>14</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Богатырев В. А. Надежность и эффективность резервированных компьютерных сетей // Информационные технологии. 2006. № 9. С. 25–30.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Bogatyrev V.A. Information Technologies, 2006, no. 9, pp. 25–30. (in Russ.)</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit15"><label>15</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Богатырев В. А. Оценка надежности и оптимальное резервирование кластерных компьютерных систем // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. 2006. № 10. С. 18.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Bogatyrev V.A. Instruments and Systems: Monitoring, Control, and Diagnostics, 2006, no. 10, pp. 18. (in Russ.)</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit16"><label>16</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Пастушок И. А., Тюрликов А. М. Анализ скорости алгоритма случайного доступа с разной длительностью слотов на основе алгоритма АЛОХА // Изв. вузов. Приборостроение. 2024. Т. 67, № 9. С. 759–766. DOI: 10.17586/0021-3454-2024-67-9-759-766.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Pastushok I.A., Turlikov A.M. Journal of Instrument Engineering, 2024, no. 9(67), pp. 759–766, DOI: 10.17586/0021-3454-2024-67-9-759-766. (in Russ.)</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit17"><label>17</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Астахова Т. Н., Верзун Н. А., Колбанев М. О., Полянская Н. А., Шамин А. А. Вероятностно-энергетические характеристики взаимодействия умных вещей // Вестн. НГИЭИ. 2019. № 4 (95). С. 66–77.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Astakhova T.N., Verzun N.A., Kolbanyov M.O., Polyanskaya N.A., Shamin A.A. Bulletin NGIEI, 2019, no. 4(95), pp. 66–77. (in Russ.)</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit18"><label>18</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Zakoldaev D. A., Korobeynikov A. G., Shukalov A. V., Zharinov I. O. Workstations Industry 4.0 for instrument manufacturing // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2019. Vol. 665. P. 012015. DOI: 10.1088/1757-899X/665/1/012015.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Zakoldaev D.A., Korobeynikov A.G., Shukalov A.V., Zharinov I.O. IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering, 2019, vol. 665, рр. 012015, DOI: 10.1088/1757-899X/665/1/012015.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit19"><label>19</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Астахова Т. Н., Колбанёв М. О., Лямин А. С., Маслов Н. С., Маслова Д. А. Энергоэффективный алгоритм выбора маршрута передачи данных в беспроводных сенсорных сетях высокой плотности // Тр. учебных заведений связи. 2024. Т. 10, № 4. С. 100–109.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Astakhova T.N., Kolbanev M.O., Lyamin A.S., Maslov N.S., Maslova D.A. Proceedings of Telecommunication Universities, 2024, no. 4(10), pp. 100–109. (in Russ.)</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit20"><label>20</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Богатырев В. А., Богатырев С. В., Богатырев А. В. Оценка готовности компьютерной системы к своевременному обслуживанию запросов при его совмещении с информационным восстановлением памяти после отказов // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2023. Т. 23, № 3. С. 608–617. DOI: 10.17586/2226-1494-2023-23-3-608-617.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Bogatyrev V.A., Bogatyrev S.V., Bogatyrev A.V. Scientific and Technical Journal of Information Technologies, Mechanics and Optics, 2023, no. 3(23), pp. 608–617. (in Russ.)</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit21"><label>21</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Bogatyrev V. A., Bogatyrev S. V., Bogatyrev A. V. Recovery of Real-Time Clusters with the Division of Computing Resources into the Execution of Functional Queries and the Restoration of Data Generated Since the Last Backup // Lecture Notes in Computer Science. 2024. Vol. 14123. P. 236–250. DOI: 10.1007/978-3-031-50482-2_19.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Bogatyrev V.A., Bogatyrev S.V., Bogatyrev A.V. Lecture Notes in Computer Science (including subseries Lecture Notes in Artificial Intelligence and Lecture Notes in Bioinformatics), 2024, vol. 14123, рр. 236–250, DOI: 10.1007/978-3-031-50482-2_19.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit22"><label>22</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Bogatyrev V. A., Bogatyrev A. V., Bogatyrev S. V. Multipath Transmission of Heterogeneous Traffic in Acceptable Delays with Packet Replication and Destruction of Expired Replicas in the Nodes that Make Up the Path // Communications in Computer and Information Science. 2023. Vol. 1748. P. 104–121. DOI: 10.1007/978-3-031-30648-8_9.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Bogatyrev V.A., Bogatyrev A.V., Bogatyrev S.V. Communications in Computer and Information Science, 2023, vol. 1748, рр. 104–121, DOI: 10.1007/978-3-031-30648-8_9.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit23"><label>23</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Bogatyrev V. A., Bogatyrev S. V., Bogatyrev A. V. Choosing the Discipline of Restoring Computer Systems with Acceptable Degradation with Consolidation of Node Resources Saved After Failures // Intern. Conf. on Information, Control, and Communication Technologies (ICCT). 2022. P. 1–4. DOI: 10.1109/ICCT56057.2022.997660.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Bogatyrev V.A., Bogatyrev S.V., Bogatyrev A.V. 2022 Intern. Conf. on Information, Control, and Communication Technologies (ICCT), 2022, рр. 1–4, DOI: 10.1109/ICCT56057.2022.997660.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit24"><label>24</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Фунг В. К., Богатырев В. А. Экспериментальное исследование производительности кластера с контейнерной виртуализацией // Изв. вузов. Приборостроение. 2024. Т. 67. № 8. С. 647–656.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Quy Phung Van, Bogatyrev V.A. Journal of Instrument Engineering, 2024, no. 8(67), pp. 647–656. (in Russ.)</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit25"><label>25</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Фунг В. К., Богатырев В. А., Кармановский Н. С., Лэ В. Х. Оценка вероятностно-временных характеристик компьютерной системы с контейнерной виртуализацией // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2024. Т. 24, № 2. С. 249–255. DOI: 10.17586/2226-1494-2024-24-2-249-255.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Phung Van Quy, Bogatyrev V.A., Karmanovskiy N.S., Le V. Scientific and Technical Journal of Information Technologies, Mechanics and Optics, 2024, no. 2(24), pp. 249–255, DOI: 10.17586/2226-1494-2024-24-2-249-255. (in Russ.)</mixed-citation></citation-alternatives></ref></ref-list><fn-group><fn fn-type="conflict"><p>The authors declare that there are no conflicts of interest present.</p></fn></fn-group></back></article>
