云存儲(chǔ)多數(shù)據(jù)中心QoS保障機(jī)制研究.pdf

1、云存儲(chǔ)是云計(jì)算的核心基礎(chǔ)組件，云存儲(chǔ)的高可靠、高可用和高性能是云計(jì)算能夠支撐各類云端業(yè)務(wù)的重要保證?；诙鄶?shù)據(jù)中心的云存儲(chǔ)采用廣域網(wǎng)分布式架構(gòu)，通過(guò)遍布全球的數(shù)據(jù)中心實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的異地多副本存儲(chǔ)，保證數(shù)據(jù)的高可靠和高可用;通過(guò)就近訪問(wèn)和數(shù)據(jù)并行下載，保證數(shù)據(jù)服務(wù)的高性能。云存儲(chǔ)多數(shù)據(jù)中心在QoS保障與資源調(diào)度方面，和單數(shù)據(jù)中心有較大不同。目前業(yè)界尚無(wú)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，學(xué)術(shù)界也缺乏系統(tǒng)性研究。如何通過(guò)多數(shù)據(jù)中心之間相互協(xié)作進(jìn)行資源分配，保障不同Qo

2、S級(jí)別業(yè)務(wù)并提高系統(tǒng)資源利用率，是當(dāng)前云存儲(chǔ)領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。
　　本文以實(shí)現(xiàn)云存儲(chǔ)多數(shù)據(jù)中心QoS保障，提高云存儲(chǔ)系統(tǒng)整體資源利用率為目標(biāo)，深入研究了如何通過(guò)優(yōu)化云存儲(chǔ)多數(shù)據(jù)中心資源調(diào)度，實(shí)現(xiàn)QoS保障的問(wèn)題。論文結(jié)合云存儲(chǔ)多數(shù)據(jù)中心特點(diǎn)，將云存儲(chǔ)服務(wù)分解為4個(gè)主要子服務(wù)（負(fù)載均衡、存儲(chǔ)分層、存儲(chǔ)網(wǎng)關(guān)、網(wǎng)絡(luò)傳輸），針對(duì)不同的子服務(wù)采用特定手段實(shí)現(xiàn)QoS保障與系統(tǒng)資源優(yōu)化的雙重目標(biāo)。本文的主要成果和創(chuàng)新點(diǎn)包括以下5點(diǎn):
　　(

3、1)系統(tǒng)分析了云存儲(chǔ)多數(shù)據(jù)中心資源管理的技術(shù)原理，總結(jié)了在多數(shù)據(jù)中心架構(gòu)下，云存儲(chǔ)在QoS保障和資源調(diào)度方面的研究現(xiàn)狀和存在問(wèn)題。本文對(duì)云存儲(chǔ)在系統(tǒng)架構(gòu)、負(fù)載均衡管理、存儲(chǔ)分層管理、云存儲(chǔ)網(wǎng)關(guān)管理、數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)管理等方面的QoS保障機(jī)制和原理進(jìn)行了綜合分析，歸納出各自的工作思想和優(yōu)缺點(diǎn)，指出了云存儲(chǔ)多數(shù)據(jù)中心管理面臨的挑戰(zhàn)，并設(shè)計(jì)了一個(gè)云存儲(chǔ)資源優(yōu)化仿真平臺(tái)。這是開展云存儲(chǔ)多數(shù)據(jù)中心QoS保障和資源調(diào)度研究工作的理論和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。

4、　　(2)提出QoS全局最優(yōu)的云存儲(chǔ)多數(shù)據(jù)中心負(fù)載均衡調(diào)度模型，并提出一種基于商空間的層次式負(fù)載均衡調(diào)度算法(QBHLBSA)。本文分析了云存儲(chǔ)負(fù)載均衡機(jī)制和云存儲(chǔ)多數(shù)據(jù)中心在負(fù)載均衡方面存在的問(wèn)題，提出了一種QoS全局最優(yōu)的云存儲(chǔ)多數(shù)據(jù)中心負(fù)載均衡調(diào)度模型。模型的優(yōu)化目標(biāo)是保證不同QoS級(jí)別業(yè)務(wù)的性能需求，并使各個(gè)數(shù)據(jù)中心資源利用率最大化。本文結(jié)合云存儲(chǔ)多數(shù)據(jù)中心層次化管理特點(diǎn)，提出了一種基于商空間的層次式負(fù)載衡調(diào)度算法。該算法可以在

5、不同粒度上由粗至細(xì)地對(duì)云存儲(chǔ)負(fù)載進(jìn)行調(diào)度，具有更快的收斂速度、避免了傳統(tǒng)算法極易陷入局部最優(yōu)值問(wèn)題。仿真結(jié)果表明，本算法可以提升云存儲(chǔ)的系統(tǒng)整體資源利用率和吞吐率，并且保障高QoS優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)的讀寫性能要求。
　　(3)提出面向應(yīng)用層QoS保障的對(duì)象分層存儲(chǔ)系統(tǒng)模型，并提出一種基于定價(jià)策略的自動(dòng)分層調(diào)度算法(PBACST)。為了保障云存儲(chǔ)中高QoS優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)對(duì)存儲(chǔ)性能的要求，本文建立了面向應(yīng)用層QoS保障的對(duì)象分層存儲(chǔ)系統(tǒng)模型。模型

6、的優(yōu)化目標(biāo)是在充分考慮不同業(yè)務(wù)QoS需求、存儲(chǔ)容量和吞吐率約束條件下最大化云存儲(chǔ)高速緩存資源池的利用率。本文結(jié)合云存儲(chǔ)多數(shù)據(jù)中心特點(diǎn)，提出了一種基于定價(jià)策略的自動(dòng)分層調(diào)度算法。該算法具有分布式?jīng)Q策的特點(diǎn)，各組件相互協(xié)作地完成數(shù)據(jù)對(duì)象分層調(diào)度。仿真結(jié)果表明，本算法可以提升云存儲(chǔ)中高速緩存資源池的利用率，并且保障高QoS優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)的讀寫性能要求。
　　(4)提出支持QoS的云存儲(chǔ)多數(shù)據(jù)中心任務(wù)調(diào)度模型，并提出一種基于動(dòng)態(tài)帶寬分配的實(shí)時(shí)

7、任務(wù)調(diào)度算法(DBABRTSA)。本文分析了云存儲(chǔ)中不同QoS級(jí)別業(yè)務(wù)競(jìng)爭(zhēng)有限的帶寬資源時(shí)產(chǎn)生的擁塞問(wèn)題，提出了一種支持QoS的多數(shù)據(jù)中心任務(wù)調(diào)度模型。模型的優(yōu)化目標(biāo)是保證高QoS級(jí)別實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的性能需求，并提升云存儲(chǔ)系統(tǒng)整體吞吐性能。本文結(jié)合云存儲(chǔ)多數(shù)據(jù)中心層次化管理特點(diǎn)，提出了一種基于動(dòng)態(tài)帶寬分配的實(shí)時(shí)任務(wù)調(diào)度算法。該算法可以按照業(yè)務(wù)類型優(yōu)先級(jí)從高到低，動(dòng)態(tài)分配任務(wù)流量帶寬。仿真結(jié)果表明，本算法可以保障高QoS級(jí)別實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的讀寫性能要

8、求，同時(shí)保證其它各級(jí)QoS業(yè)務(wù)對(duì)帶寬使用的比例公平性，并能提升系統(tǒng)整體的吞吐率。
　　(5)提出面向QoS的數(shù)據(jù)中心間網(wǎng)絡(luò)流量調(diào)度模型，并提出一種基于雙層多粒子群的網(wǎng)絡(luò)流量調(diào)度算法(BLMSPSOSA)。本文分析了云存儲(chǔ)多數(shù)據(jù)中心間網(wǎng)絡(luò)鏈路帶寬利用不均衡的問(wèn)題，提出了一種面向QoS的多數(shù)據(jù)中心間網(wǎng)絡(luò)流量調(diào)度模型。模型的優(yōu)化目標(biāo)是保證不同QoS級(jí)別數(shù)據(jù)傳輸?shù)男阅苄枨?，并使?shù)據(jù)中心間網(wǎng)絡(luò)鏈路帶寬資源利用率最大化。本文結(jié)合云存儲(chǔ)多數(shù)據(jù)中