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云平台下多层应用的动态资源调度模型研究

作　者: 陈曦
导　师: 陈昊鹏
学　校: 上海交通大学
专　业: 软件工程
关键词: 云计算资源管理多层应用性能建模 SLA 收益最大化
分类号: TP393.09
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

云计算这一全新计算模型的提出,不仅加快了应用程序的部署,大幅降低了购买硬件、电力以及维护的成本,同时在很大程度上满足了业务需求的不断增长和服务应用的快速发展。云计算最明显的优势在于对软硬件资源全新的使用方式,因此,云资源管理也就成为了“云计算”的核心问题之一。到目前为止,从云资源提供者的角度,为保证应用的性能同时增加云资源使用率的研究有很多;相比之下,从云资源使用者的角度,研究如何更好地利用云资源,为用户提供性能更为优良的服务,并从中获得最大化利润的研究还很少。本文将关注如何为云资源使用者,也就是Web服务提供商制定资源请求和使用策略,从而一方面保证服务的性能,另一方面达到最大化Web服务收益的目的。首先,本文会对多层Web服务的性能建模,并度量基于预测负载的各个服务的各层性能,为资源调度打下理论基础;再次,建立收益和资源的量化关系,在性能出现瓶颈或资源供给过剩时,为服务提供者制定以服务利润最大化为目标驱动的资源请求调度策略。由此,Web服务提供商在服务等级、租用资源成本和服务收益之间达到最佳平衡点,从而实现利润最大化。从云资源提供商的角度看,由于云资源得到高效利用,进而间接实现了绿色计算的目的。针对这一问题,本文将针对现有Web应用性能模型的不足,例如参数过多不利于实施、没有针对不同种类资源建模和不支持异构环境等,提出了基于资源状态监控和排队论的性能预测模型。该模型采用监测、预测和回归求解的建模策略,突出了即时性、易执行性、自适应性等特点,使其更适合复杂云环境下的Web应用。接着,为了提高云资源使用者的利润,在建立收益、QoS和资源之间动态平衡模型之后,本文将解决如何在应用性能出现瓶颈和资源供给过剩时,对不同的层次增加或减少资源,且在满足一定的服务等级约定(SLA)的基础上使得云应用提供商的收益最大化。本文设计并实施了三个实验以验证性能预测模型及利润最大化策略的有效性,它们分别是基于预测模型的Matlab实验、CloudSim上的算法实现实验、基于RUBiS的性能模型和系统模型实验。实验结果表明,本文提出的方案在负载预测以及性能评估方面都有良好的表现,能够为资源调度策略提供准确的基础数据;同时,在负载增长和资源过剩的情况下,资源调度策略能够在基本保证满足服务等级约定的基础上,确保Web服务提供商有最大的收益。本文的主要贡献在于从负载预测、多层应用的性能预测和以利润为驱动的资源调度等角度出发,对资源优化方法做出了初步的探索,旨在提高云资源的使用率,从而达到云资源使用者和云提供商在利润上达到双赢的目的,真正实现“绿色”科技。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-10
第一章绪论  10-15
  1.1 研究背景和意义  10-13
    1.1.1 云计算概述  10-11
    1.1.2 云应用场景  11-12
    1.1.3 研究意义  12-13
  1.2 研究目标和内容  13-14
  1.3 本文的组织结构  14-15
第二章云资源管理的相关研究和技术  15-24
  2.1 国内外有关资源管理的研究现状  15-19
    2.1.1 从云资源提供商的角度考虑云资源管理的问题  15-18
    2.1.2 从云资源使用者的角度考虑云资源管理的问题  18-19
    2.1.3 云资源调度策略调度研究现状总结  19
  2.2 国内外性能预测模型的研究成果  19-21
  2.3 可行性分析  21-22
  2.4 本章小结  22-24
第三章基于多层应用的性能预测模型  24-34
  3.1 性能预测模型建模  24-25
  3.2 负载预测模型  25-27
    3.2.1 在线监控和性能监测  25-26
    3.2.2 基于时间序列的性能预测模型  26-27
  3.3 基于多层应用的性能预测模型  27-33
    3.3.1 基本性能模型  27-30
    3.3.2 性能预测模型  30-31
    3.3.3 参数回归求解  31-33
  3.4 本章小结  33-34
第四章云资源管理调度模型  34-48
  4.1 利润模型建模  34-36
  4.2 基于利润最大化的动态资源调度  36-41
  4.3 基于SLA 和基于利润的资源调度策略对比实验  41-47
    4.3.1 CloudSim 模拟过程  41-44
    4.3.2 基于SLA 和基于利润的资源调度策略对比实验设置  44-45
    4.3.3 实验结果分析  45-47
  4.4 本章小结  47-48
第五章系统设计与实现  48-55
  5.1 系统层次概述  48-49
  5.2 系统构件设计  49-50
  5.3 系统详细设计  50-54
  5.4 本章小结  54-55
第六章结束语  55-57
  6.1 主要结论及工作总结  55
  6.2 研究展望  55-57
参考文献  57-62
致谢  62-63
攻读硕士学位期间已发表的学术论文  63-65

云平台下多层应用的动态资源调度模型研究

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