云計(jì)算數(shù)據(jù)中心中的虛機(jī)部署優(yōu)化研究.pdf

1、云計(jì)算是一種新的計(jì)算和服務(wù)模式，它將大量的服務(wù)器和存儲(chǔ)設(shè)備等資源整合為一個(gè)巨大的“資源池”，利用云平臺(tái)以及網(wǎng)絡(luò)向云用戶提供按需自助且易擴(kuò)展的服務(wù)。近年來(lái)，云計(jì)算得到了快速發(fā)展，在互聯(lián)網(wǎng)界的認(rèn)同度越來(lái)越高，形成了應(yīng)用和服務(wù)往云數(shù)據(jù)中心中遷移的趨勢(shì)。從云提供商的角度，由于云資源在數(shù)據(jù)中心中分布不均并且容量有限，合理地部署云用戶的服務(wù)器以及數(shù)據(jù)對(duì)于提高用戶體驗(yàn)至關(guān)重要。在現(xiàn)代云數(shù)據(jù)中心中，虛機(jī)部署技術(shù)是云提供商進(jìn)行高效云資源調(diào)度時(shí)面臨的首要問(wèn)

2、題。另外在云用戶的角度，其向云系統(tǒng)中部署應(yīng)用的預(yù)算是有限的，這導(dǎo)致租賃的服務(wù)器數(shù)量及位置都是受限的，因此如何選擇服務(wù)器的部署方案，直接決定了應(yīng)用和服務(wù)在部署后的網(wǎng)絡(luò)性能。
　　基于云計(jì)算中現(xiàn)有的虛機(jī)部署成果，本文分別從云提供商和云用戶這兩個(gè)角度研究了租戶應(yīng)用在云數(shù)據(jù)中心中的虛機(jī)（服務(wù)器）部署方案，以提高云系統(tǒng)的收益，降低租戶應(yīng)用的請(qǐng)求響應(yīng)延遲。從云提供商的角度，分別考慮了租戶應(yīng)用請(qǐng)求的統(tǒng)計(jì)特性以及云數(shù)據(jù)中心可擴(kuò)張的情況。而從云用戶

3、的角度則考慮了大規(guī)模應(yīng)用用戶的請(qǐng)求路由策略。本文主要研究?jī)?nèi)容如下三個(gè)方面:
　　1.基于租戶應(yīng)用請(qǐng)求的統(tǒng)計(jì)特性以及虛機(jī)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)相結(jié)合的服務(wù)模型，研究了云數(shù)據(jù)中心中虛機(jī)部署的方法，以降低租戶應(yīng)用請(qǐng)求的響應(yīng)延遲，提高云系統(tǒng)的用戶體驗(yàn)。每個(gè)租戶應(yīng)用的請(qǐng)求被模擬為獨(dú)立泊松流，虛機(jī)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)共同作為一個(gè)M/M/1的排隊(duì)模型。然后，提出了針對(duì)虛機(jī)部署的兩個(gè)優(yōu)化目標(biāo):最大延遲最小化(MML，Minimizing Maximum Lat

4、ency)和總延遲最小化(MTL，Minimizing Total Latency)。對(duì)于優(yōu)化目標(biāo)為MML的虛機(jī)部署，提出了一個(gè)近似比為1+ε的算法。對(duì)于優(yōu)化目標(biāo)為MTL的虛機(jī)部署，提出了三個(gè)啟發(fā)式算法。此外，針對(duì)云資源缺乏的情況，本文提出了兩個(gè)擴(kuò)展算法，其在確保部署應(yīng)用數(shù)量最大的同時(shí)分別優(yōu)化目標(biāo)MML和MTL。仿真結(jié)果表明，提出的系統(tǒng)模型以及算法能有效地降低租戶應(yīng)用的請(qǐng)求響應(yīng)延遲。
　　2.考慮云數(shù)據(jù)中心可擴(kuò)張的情況，為云提供商

5、提出了一個(gè)云系統(tǒng)模型以動(dòng)態(tài)擴(kuò)張地理分布的云數(shù)據(jù)中心。在該模型中，云提供商將通過(guò)租借其他資源擁有者的空閑物理資源來(lái)按需擴(kuò)張其云數(shù)據(jù)中心。本文為云提供商定義了兩種服務(wù)模式。給定資源擁有者集合及其資源以及云用戶集合及其需求的虛機(jī)，地理分布云的擴(kuò)張問(wèn)題是確定要租賃的資源以及滿足的云用戶的虛機(jī)部署方案，以使得云系統(tǒng)的總收益最大。提出了兩個(gè)多項(xiàng)式時(shí)間的啟發(fā)式算法分別解決不同模式下的問(wèn)題。本文還考慮了一種更一般的資源租賃策略，即部分租賃，分別提出了兩

6、個(gè)擴(kuò)展算法來(lái)解決該問(wèn)題。仿真結(jié)果表明，本文的系統(tǒng)模型和算法能夠有效地提高用戶滿意度和總收益，并降低用戶請(qǐng)求的平均延遲時(shí)間。
　　3.對(duì)大規(guī)模的應(yīng)用在地理分布的云數(shù)據(jù)中心中的部署，本文考慮了該應(yīng)用用戶的請(qǐng)求路由策略。本文將該請(qǐng)求路由策略解釋為一個(gè)擁塞博弈模型，并且將請(qǐng)求的響應(yīng)延遲定義為在服務(wù)器中的排隊(duì)時(shí)間。給定一個(gè)大規(guī)模應(yīng)用程序及其相關(guān)估計(jì)的參數(shù)，以及該應(yīng)用的部署預(yù)算，虛機(jī)部署問(wèn)題是得到虛機(jī)（服務(wù)器）在一組的云數(shù)據(jù)中心的部署方案，以