云環(huán)境下多約束動態(tài)虛擬資源管理研究.pdf

1、本文旨在研究云計算環(huán)境中多約束情況下的虛擬資源調(diào)度管理問題。多約束一方面是指來自用戶的質(zhì)量屬性約束,比如對響應時間和吞吐量等性能要求和對部署在云平臺上應用的可用性要求。這些用戶約束是以SLA的形式,由用戶向云服務(wù)提供商提出的。另一方面,多約束是指來自云服務(wù)提供商的約束,主要是指減少包括能源開銷在內(nèi)的運營成本的約束。在運行和維護云平臺時,云服務(wù)提供商總是力求減少能耗來降低成本,提高利潤。云平臺中資源的供給和部署需要在滿足用戶約束和降低云服

2、務(wù)提供商的運營成本之間進行平衡。為云用戶提供更多的虛擬資源可以確保云應用的性能和可用性等需求得到滿足,但是會增加云服務(wù)提供商的運營成本;反之,如果為云用戶提供較少的虛擬資源,盡管可以有效減低云服務(wù)提供商的運營成本,但是可能會導致云應用響應時間過長和可用性過低等情況。因此,如何提供、安置和整合云平臺上的虛擬資源滿足不同利益共享者的約束成為了云服務(wù)用戶和云服務(wù)提供商兩方面共同關(guān)注的話題。
　　因而,本文提出了一種約束分離的云資源管理框

3、架——通過分離云應用和云服務(wù)提供商不同的需求關(guān)注點,在不同層次上滿足他們各自的需求。我們將云資源的管理分為應用層和平臺層上的資源管理。其中,質(zhì)量屬性需求到虛擬資源的映射被抽象成應用控制器。在應用控制器中,用戶對性能屬性的要求被轉(zhuǎn)化為虛擬資源的數(shù)量,將可用性需求轉(zhuǎn)化為虛擬資源位置的部署方案。在平臺層的管理框架中,采用整合策略,使得虛擬資源盡可能地運行在較少的物理服務(wù)器上,以達到減少運行的物理機數(shù)量從而節(jié)約能源和成本的目的。
　　在應

4、用層的資源管理模塊中,本文提出了一種計算部署在云平臺上的應用可用性的計算模型,以及一種動態(tài)虛擬資源安置算法。它們在最大程度上滿足了用戶的應用可用性需求,同時也減少了分散部署虛擬資源帶來的通訊開銷。資源安置算法綜合使用了兩種伸縮策略:水平伸縮和垂直伸縮。垂直伸縮策略是指改變虛擬機內(nèi)部持有的資源數(shù)量,而水平伸縮策略是指改變虛擬機實例的數(shù)量。由于這兩種策略對應用可用性、通訊開銷和軟件版本開銷的影響不盡相同,我們根據(jù)應用當前的可用性和用戶約束中

5、規(guī)定的可用性的差值來選擇執(zhí)行哪種策略。
　　在平臺層的資源管理模塊中,本文也給出了一種改進的資源整合方案。該方案將資源的整合分為反應式資源整合模塊和周期性資源整合模塊。反應式資源整合模塊自治地運行在每一臺物理服務(wù)器內(nèi)部,根據(jù)監(jiān)測是否有異常情況,決定是否進行資源整合。異常情況包括超過預定資源利用率上限的負載過度情況,和低于預定資源利用率下限的負載不足情況。針對這兩種情況本文給出了不同的算法來制定資源整合方案。周期性資源整合模塊,作為

6、反應式資源整合的補充,周期性地在可用性區(qū)域內(nèi)進行所有虛擬資源的整合。
　　最后為了驗證這兩種策略—可用性感知的動態(tài)資源安置模塊和資源整合模塊的正確性和有效性,本文模擬真實云環(huán)境的架構(gòu),設(shè)計并實現(xiàn)了兩個實驗。在實驗一中通過模擬兩種典型場景——擴容和減容的應用,對比了水平伸縮策略、垂直伸縮策略和本文提出的可用性感知策略在可用性滿足率、平均應用可用性、通訊開銷和軟件版本開銷上的表現(xiàn)。實驗二通過模擬一個可用性區(qū)域中多臺物理服務(wù)器和多臺多種