云平臺(tái)下運(yùn)行環(huán)境感知的虛擬機(jī)異常檢測(cè)策略及算法研究.pdf

1、云計(jì)算技術(shù)是多種技術(shù)融合發(fā)展的結(jié)果，并代表了未來(lái)計(jì)算服務(wù)的發(fā)展方向。目前虛擬化技術(shù)特別是主機(jī)虛擬化技術(shù)已經(jīng)在云數(shù)據(jù)中心得到了廣泛應(yīng)用。在云環(huán)境下進(jìn)行異常檢測(cè)所面對(duì)的被檢測(cè)實(shí)體（包括傳統(tǒng)的硬件服務(wù)器、大規(guī)模的用戶虛擬機(jī)、用戶應(yīng)用系統(tǒng)、虛擬機(jī)監(jiān)控器等）與在傳統(tǒng)IT架構(gòu)下相比具有大規(guī)模、多樣性和復(fù)雜性等特點(diǎn)。因此為了保障云數(shù)據(jù)中心的穩(wěn)定可靠運(yùn)行，就需要一種能及時(shí)發(fā)現(xiàn)和有效識(shí)別云環(huán)境下大規(guī)模、多樣性實(shí)體的異常狀態(tài)的異常檢測(cè)系統(tǒng)。
　　而考

2、慮到云環(huán)境下虛擬機(jī)的性能狀會(huì)受到底層物理服務(wù)器狀態(tài)的影響，也會(huì)受到運(yùn)行在虛擬機(jī)內(nèi)的用戶應(yīng)用系統(tǒng)狀態(tài)的影響，因此針對(duì)處在中間層次的虛擬機(jī)的狀態(tài)（系統(tǒng)性能指標(biāo)）進(jìn)行異常檢測(cè)有助于發(fā)現(xiàn)云環(huán)境下不同實(shí)體的異常狀態(tài)。本文深入研究和分析了云環(huán)境下針對(duì)虛擬機(jī)進(jìn)行異常檢測(cè)所面臨的問題，并在對(duì)現(xiàn)有主要的異常檢測(cè)相關(guān)技術(shù)和研究成果的總結(jié)和深入分析基礎(chǔ)上，主要針對(duì)云平臺(tái)下運(yùn)行環(huán)境感知的虛擬機(jī)異常檢測(cè)策略、虛擬機(jī)的狀態(tài)信息采集網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化構(gòu)建和異常檢測(cè)節(jié)點(diǎn)優(yōu)化部

3、署等方面進(jìn)行了研究。
　　本論文的具體研究工作和創(chuàng)新點(diǎn)包含如下幾個(gè)方面：
　　①針對(duì)虛擬機(jī)的不同運(yùn)行環(huán)境對(duì)異常檢測(cè)準(zhǔn)確性所造成的干擾，本文提出了運(yùn)行環(huán)境感知的虛擬機(jī)異常檢測(cè)策略，將上下文異常檢測(cè)問題化簡(jiǎn)為多個(gè)檢測(cè)域內(nèi)的點(diǎn)異常檢測(cè)問題，消除了虛擬機(jī)的不同運(yùn)行環(huán)境對(duì)異常檢測(cè)所造成的不利影響，提高異常檢測(cè)的準(zhǔn)確率。
　?、谠骗h(huán)境下虛擬機(jī)的運(yùn)行環(huán)境是動(dòng)態(tài)變化的，導(dǎo)致基于運(yùn)行環(huán)境相似性的檢測(cè)域劃分也是動(dòng)態(tài)變化的。在這種情況下檢測(cè)

4、域的劃分效率將直接影響檢測(cè)域中針對(duì)虛擬機(jī)的異常檢測(cè)的實(shí)時(shí)性。針對(duì)上述問題本文提出了基于改進(jìn)k-medoids聚類的檢測(cè)域劃分算法，通過(guò)對(duì)k-medoids聚類算法在初始化中心點(diǎn)選擇和迭代過(guò)程中的中心點(diǎn)替換策略這兩個(gè)方面進(jìn)行改進(jìn)，提高了檢測(cè)域的劃分速度，提升了異常檢測(cè)的實(shí)時(shí)性。
　?、墼趯?duì)檢測(cè)域中大規(guī)模虛擬機(jī)的狀態(tài)信息進(jìn)行采集時(shí)的通信開銷，特別是網(wǎng)絡(luò)通信中的固定開銷很快會(huì)耗盡異常檢測(cè)節(jié)點(diǎn)的資源，使其成為整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)的瓶頸。針對(duì)這一問

5、題本文提出了檢測(cè)域中狀態(tài)信息采集網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)優(yōu)化構(gòu)建算法，在該算法中以兼顧狀態(tài)信息采集網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性和采集效率為目標(biāo)，在充分考慮網(wǎng)絡(luò)通信固定開銷帶來(lái)的影響基礎(chǔ)上，根據(jù)檢測(cè)域中各節(jié)點(diǎn)（包括被檢測(cè)節(jié)點(diǎn)和異常檢測(cè)節(jié)點(diǎn)）的資源可用情況在被檢測(cè)節(jié)點(diǎn)和異常檢測(cè)節(jié)點(diǎn)間動(dòng)態(tài)地構(gòu)建狀態(tài)信息采集網(wǎng)絡(luò)。
　?、茚槍?duì)云數(shù)據(jù)中心的資源共享和復(fù)雜性等特點(diǎn)，以及檢測(cè)域規(guī)模的動(dòng)態(tài)變化性，引入專門部署用于異常檢測(cè)的虛擬節(jié)點(diǎn)（檢測(cè)虛擬機(jī)），利用虛擬機(jī)的快速部署、封裝和易

6、遷移等特性，提高異常檢測(cè)系統(tǒng)的可伸縮性和可靠性；提出檢測(cè)虛擬機(jī)的優(yōu)化部署技術(shù)，在選擇服務(wù)器進(jìn)行檢測(cè)虛擬機(jī)部署時(shí)充分考慮服務(wù)器的資源可用情況和共享服務(wù)器資源競(jìng)爭(zhēng)對(duì)檢測(cè)虛擬機(jī)性能的影響兩方面的因素，在保證服務(wù)器間負(fù)載均衡以及服務(wù)器資源使用的平衡前提下，兼顧整個(gè)異常檢測(cè)系統(tǒng)事務(wù)處理能力的優(yōu)化。
　?、菰跈z測(cè)域中針對(duì)虛擬機(jī)進(jìn)行異常檢測(cè)時(shí)，由于虛擬機(jī)具有大規(guī)模、部署和運(yùn)行環(huán)境高動(dòng)態(tài)性等特點(diǎn)，要求異常檢測(cè)系統(tǒng)具有較好的可擴(kuò)展性、實(shí)時(shí)性和自適應(yīng)

7、性。而虛擬機(jī)部署和運(yùn)行環(huán)境的高動(dòng)態(tài)性會(huì)導(dǎo)致無(wú)法及時(shí)獲得適當(dāng)?shù)挠?xùn)練數(shù)據(jù)集，會(huì)嚴(yán)重影響異常檢測(cè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和自適應(yīng)性。針對(duì)上述問題本文提出基于增量SOM（Self-Organizing Maps，自組織映射）的動(dòng)態(tài)自適應(yīng)虛擬機(jī)異常檢測(cè)機(jī)制，給出基于增量SOM的檢測(cè)域內(nèi)虛擬機(jī)狀態(tài)統(tǒng)一建模方法，避免了針對(duì)每個(gè)虛擬機(jī)分別建模所帶來(lái)的開銷，提高異常檢測(cè)系統(tǒng)面對(duì)檢測(cè)域中大規(guī)模虛擬機(jī)時(shí)的可擴(kuò)展性，同時(shí)解決了SOM網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練數(shù)據(jù)的及時(shí)獲取問題；提出初始化和