本文選題：云化業(yè)務(wù)平臺(tái)　切入點(diǎn)：可伸縮性　出處：《北京郵電大學(xué)》2014年博士論文

【摘要】：互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代到來之后,隨著信息規(guī)模的迅速增長,各個(gè)計(jì)算領(lǐng)域需要處理大量數(shù)據(jù),對系統(tǒng)硬件計(jì)算和存儲(chǔ)等能力的要求也在不斷提高。隨著分布式計(jì)算、網(wǎng)格計(jì)算和并行計(jì)算的發(fā)展,產(chǎn)生了云計(jì)算這種新型的計(jì)算模式。云計(jì)算有著自身獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：從硬件的角度來看,使用云計(jì)算技術(shù)用戶可以按需獲取看似無限的共享資源,消除了平臺(tái)的前期投入；從技術(shù)的角度來看,云計(jì)算的出現(xiàn)使得服務(wù)提供商對大規(guī)模分布式系統(tǒng)的開發(fā)變得簡單,云計(jì)算將程序員從繁復(fù)的底層硬件搭建和配置工作中解放出來,使他們專注于軟件或系統(tǒng)的開發(fā)；從能源角度來看,云計(jì)算提供的資源可以按照用戶需求自動(dòng)伸縮,這可以提高數(shù)據(jù)中心利用率,減少能源消耗和氣體排放,營造一個(gè)綠色計(jì)算環(huán)境。云計(jì)算的這些特點(diǎn)為一些傳統(tǒng)系統(tǒng)和平臺(tái)的發(fā)展帶來了新的機(jī)遇。 業(yè)務(wù)平臺(tái)是基于面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)的,平臺(tái)中可用的基本構(gòu)件是服務(wù),這些服務(wù)具有可互操作、模塊化、位置明確和松耦合等特點(diǎn)。這種結(jié)構(gòu)和特性使得我們可以用較低的成本以快速的、容易組合的方式去創(chuàng)建高度分布式的、協(xié)同的、動(dòng)態(tài)變化的、共享的業(yè)務(wù)平臺(tái)。但是在傳統(tǒng)業(yè)務(wù)平臺(tái)建設(shè)方面存在著建設(shè)周期長、開發(fā)運(yùn)營成本高、持續(xù)投資大、資源利用率較低、內(nèi)容和信息不能共享等諸多問題,傳統(tǒng)業(yè)務(wù)平臺(tái)的這些問題阻礙了平臺(tái)的發(fā)展。若采用傳統(tǒng)的業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),即使進(jìn)行了向水平融合的業(yè)務(wù)平臺(tái)演進(jìn),也很難從根本上解決傳統(tǒng)業(yè)務(wù)平臺(tái)所面對的問題。 云計(jì)算及其相關(guān)技術(shù)的出現(xiàn),為解決目前業(yè)務(wù)平臺(tái)存在的問題提供了可能性,因此構(gòu)建云化業(yè)務(wù)平臺(tái)很有必要。首先,業(yè)務(wù)平臺(tái)改進(jìn)的目標(biāo)是業(yè)務(wù)內(nèi)解耦、業(yè)務(wù)間融合,這與云計(jì)算的理念相似；其次,在業(yè)務(wù)平臺(tái)構(gòu)建過程中及早應(yīng)用云計(jì)算技術(shù)不僅有助于解決當(dāng)前業(yè)務(wù)平臺(tái)存在的問題,還有助于未來系統(tǒng)的發(fā)展�？傮w來說,通過在業(yè)務(wù)平臺(tái)的搭建過程中使用云計(jì)算技術(shù),可以充分利用云計(jì)算按需獲取、隨取隨用的特點(diǎn)縮短業(yè)務(wù)平臺(tái)的建設(shè)周期,并降低平臺(tái)的前期投入；利用云計(jì)算可伸縮的特點(diǎn),可以依據(jù)業(yè)務(wù)平臺(tái)資源需求情況動(dòng)態(tài)伸縮平臺(tái)資源,降低運(yùn)營成本、提高資源利用率；云計(jì)算可以向不同的用戶提供各種資源和服務(wù)的共享,這也使得水平融合的業(yè)務(wù)平臺(tái)成為了可能。 云計(jì)算一個(gè)重要特點(diǎn)就是可以向用戶提供可伸縮的資源,為了在云化業(yè)務(wù)平臺(tái)中更好地體現(xiàn)應(yīng)用云計(jì)算技術(shù)的優(yōu)越性,本文對云化業(yè)務(wù)平臺(tái)中可伸縮性相關(guān)問題進(jìn)行了研究。主要工作集中在以下幾個(gè)方面： 1.提出一種云化業(yè)務(wù)平臺(tái)負(fù)載預(yù)測算法,通過對云化業(yè)務(wù)平臺(tái)負(fù)載的預(yù)測,為平臺(tái)自動(dòng)伸縮提供判斷依據(jù)。在云計(jì)算環(huán)境中,平臺(tái)的負(fù)載情況是動(dòng)態(tài)變化的,可以通過增加虛擬資源來滿足增加的負(fù)載需求,但是增加虛擬資源會(huì)耗費(fèi)一定的時(shí)問,根據(jù)具體情況由幾毫秒到幾分鐘不等,在這段時(shí)間內(nèi)增加的資源不能馬上為用戶提供服務(wù)。為了解決這個(gè)問題,本文提出一種云化業(yè)務(wù)平臺(tái)組合負(fù)載預(yù)測算法,算法可以對云化業(yè)務(wù)平臺(tái)的負(fù)載進(jìn)行準(zhǔn)確的預(yù)測,這樣平臺(tái)就能夠在性能發(fā)生問題之前提前發(fā)現(xiàn)負(fù)載的趨勢,預(yù)先滿足平臺(tái)的資源需求。根據(jù)云化業(yè)務(wù)平臺(tái)中負(fù)載特點(diǎn)的分析,方法在資源利用率較高時(shí)使用線性回歸模型對服務(wù)負(fù)載進(jìn)行預(yù)測,在資源利用率較低時(shí)使用改進(jìn)的KMP字符串匹配算法對服務(wù)負(fù)載進(jìn)行預(yù)測,通過兩種方法的結(jié)合能夠在不影響平臺(tái)性能的基礎(chǔ)上準(zhǔn)確地預(yù)測服務(wù)負(fù)載,這種組合預(yù)測方法與以往的預(yù)測方法相比結(jié)果更準(zhǔn)確。 2.通過構(gòu)建基于負(fù)載預(yù)測的云化業(yè)務(wù)平臺(tái)資源伸縮算法,使用分層伸縮技術(shù)伸縮平臺(tái)資源,在滿足資源需求的基礎(chǔ)上提高資源利用率并降低平臺(tái)成本。在云計(jì)算環(huán)境中,過度分配資源或分配資源不足會(huì)對平臺(tái)成本和性能造成影響,系統(tǒng)需要根據(jù)平臺(tái)負(fù)載的預(yù)測結(jié)果或平臺(tái)實(shí)時(shí)狀態(tài)的分析得到平臺(tái)資源的需求,并根據(jù)平臺(tái)資源的需求和平臺(tái)請求的資源使用情況對平臺(tái)的資源進(jìn)行伸縮。在云平臺(tái)資源伸縮問題上需要對多個(gè)目標(biāo)綜合考慮。首先,平臺(tái)的最主要目標(biāo)是為用戶提供優(yōu)質(zhì)的服務(wù),所以平臺(tái)資源的伸縮需要將滿足用戶服務(wù)質(zhì)量需求作為最基本目標(biāo)。其次,在滿足用戶需求的基礎(chǔ)上,需要盡可能的減少虛擬資源的使用,降低系統(tǒng)成本。云化業(yè)務(wù)平臺(tái)資源伸縮算法是在實(shí)時(shí)伸縮和預(yù)伸縮兩個(gè)階段,構(gòu)建成本模型,基于自伸縮、資源層伸縮和虛擬機(jī)層伸縮三個(gè)伸縮層次進(jìn)行伸縮的,達(dá)到了降低平臺(tái)成本,減少資源使用的目的。通過對三個(gè)層次伸縮方法特點(diǎn)的分析可知,自伸縮和資源層伸縮適合實(shí)時(shí)的資源調(diào)整規(guī)模較小的情況,而虛擬機(jī)層伸縮適合對實(shí)時(shí)性要求不高的資源調(diào)整規(guī)模較大的場景。所以,通過構(gòu)建伸縮成本模型,在預(yù)伸縮過程中,根據(jù)平臺(tái)負(fù)載預(yù)測結(jié)果對平臺(tái)進(jìn)行虛擬機(jī)層和資源層的伸縮；在實(shí)時(shí)擴(kuò)展過程中,對平臺(tái)進(jìn)行自擴(kuò)展和資源層擴(kuò)展；在實(shí)時(shí)釋放過程中,對平臺(tái)進(jìn)行虛擬機(jī)層和資源層的資源釋放。 3.提出一種針對云化業(yè)務(wù)平臺(tái)中的通信密集型應(yīng)用的部署算法,為伸縮后服務(wù)的部署提供部署方案,以達(dá)到降低平臺(tái)服務(wù)延遲和通信負(fù)載的目的。虛擬資源分配是云計(jì)算技術(shù)的一個(gè)重要組成部分,其效率直接影響整個(gè)云計(jì)算環(huán)境的工作性能。在云化業(yè)務(wù)平臺(tái)中,如何將虛擬資源合理地分配給不同的應(yīng)用也是一個(gè)關(guān)系到平臺(tái)服務(wù)性能和可伸縮性的關(guān)鍵問題。現(xiàn)有的部署方法有兩個(gè)主要缺點(diǎn),首先,當(dāng)前服務(wù)部署方法大多是基于虛擬機(jī)資源使用情況和資源成本的,這種方法適用范圍比較廣泛,但是對每種類型的應(yīng)用的針對性不強(qiáng),有時(shí)不能達(dá)到非常理想的效果。其次,現(xiàn)有部署方法大多都是離線部署方法,是對若干個(gè)服務(wù)的整體規(guī)劃,這種方法可以得到一個(gè)整體范圍內(nèi)的最優(yōu)部署方案,但是這種部署方法不適用于云化業(yè)務(wù)平臺(tái)中服務(wù)種類和數(shù)量動(dòng)態(tài)增減的情況。對于通信密集型應(yīng)用,系統(tǒng)瓶頸通常發(fā)生在網(wǎng)絡(luò)帶寬上,方法的思想是選取通信負(fù)載較大的服務(wù)部署在通信性能較好的云節(jié)點(diǎn)上,部署算法將虛擬機(jī)資源的在線部署方法和離線部署方法結(jié)合,提出了一種將服務(wù)的通信開銷作為衡量指標(biāo)的通信密集型應(yīng)用部署方法,最終降低了平臺(tái)服務(wù)延遲和通信負(fù)載。 4.提出一種云化業(yè)務(wù)平臺(tái)中服務(wù)自動(dòng)化部署機(jī)制,通過構(gòu)建云化業(yè)務(wù)平臺(tái)中服務(wù)、虛擬資源和硬件設(shè)備的實(shí)體關(guān)系模型,根據(jù)模型中數(shù)據(jù)的監(jiān)測獲得服務(wù)相關(guān)數(shù)據(jù)并得到服務(wù)部署請求,然后根據(jù)實(shí)體間的關(guān)聯(lián)自動(dòng)地在平臺(tái)中選擇相應(yīng)的虛擬資源和硬件設(shè)備來部署服務(wù),實(shí)現(xiàn)服務(wù)部署的自動(dòng)化。 本文通過對以上內(nèi)容的研究,改進(jìn)了云化業(yè)務(wù)平臺(tái)的可伸縮性。
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【學(xué)位授予單位】：北京郵電大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TP393.09

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1667464