本文關(guān)鍵詞：面向公平性的數(shù)據(jù)中心流調(diào)度技術(shù)研究

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【摘要】：近年來(lái),隨著云計(jì)算的興起,越來(lái)越多的交互式應(yīng)用,以分布式的方式部署到數(shù)據(jù)中心中。出于用戶友好性的需要,這些應(yīng)用對(duì)于時(shí)延往往有著很高的要求。然而,一個(gè)嚴(yán)峻的事實(shí)是,目前的數(shù)據(jù)中心存在著嚴(yán)重的時(shí)延問(wèn)題。考慮到在數(shù)據(jù)中心中,服務(wù)器之間存在大規(guī)模的多任務(wù)并發(fā)通信,這就對(duì)現(xiàn)有的流調(diào)度技術(shù)提出了極大的挑戰(zhàn)。同時(shí),數(shù)據(jù)中心中的應(yīng)用普遍采用切分／聚合的工作模式,任務(wù)的完成依賴于最后完成的通信流。對(duì)于用戶請(qǐng)求的響應(yīng)時(shí)間,尾時(shí)延的影響尤其巨大。因此,如何降低數(shù)據(jù)中心時(shí)延,尤其是尾時(shí)延,已經(jīng)成為業(yè)界關(guān)注的熱點(diǎn)。目前,數(shù)據(jù)中心的流調(diào)度技術(shù)主要包括三類(lèi)：基于公平共享的流調(diào)度,基于優(yōu)先級(jí)的流調(diào)度和基于多路徑的流調(diào)度。第一類(lèi)工作采用公平共享的調(diào)度策略,致力于通過(guò)降低交換機(jī)隊(duì)列長(zhǎng)度,達(dá)到降低時(shí)延的目的。另一類(lèi)工作則通過(guò)優(yōu)先調(diào)度時(shí)延要求較高的流,提高流調(diào)度協(xié)議的性能。其中,基于截止日期的流調(diào)度工作,通過(guò)優(yōu)先調(diào)度截止日期最早的流,實(shí)現(xiàn)最小化超時(shí)流的數(shù)目；而基于流大小的流調(diào)度工作,則假設(shè)短流對(duì)于時(shí)延的要求較高,他們通過(guò)加速短流,降低數(shù)據(jù)中心中流的完成時(shí)間。而基于多路徑的流調(diào)度工作,則利用數(shù)據(jù)中心拓?fù)涞亩嗦窂叫再|(zhì),致力于實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡。他們通過(guò)盡可能的將負(fù)載分發(fā)到各個(gè)等價(jià)路徑上,有效降低了核心層和匯聚層的擁塞程度。傳統(tǒng)的流調(diào)度協(xié)議采用公平共享策略將擁塞鏈路的帶寬均分,導(dǎo)致時(shí)延敏感的短流被長(zhǎng)流阻塞。最短剩余處理時(shí)間優(yōu)先調(diào)度策略,雖然能夠最小化流的平均完成時(shí)間,但是卻會(huì)導(dǎo)致長(zhǎng)流陷入饑餓。因此,通過(guò)分析數(shù)據(jù)中心中的通信模式,我們提出了膨脹系數(shù)指標(biāo),表示流的實(shí)際完成時(shí)間和理想完成時(shí)間的比值,解決了平均時(shí)延和尾時(shí)延之間存在的固有矛盾。進(jìn)一步地,我們提出了中心式的調(diào)度算法,貪心地降低流完成序列的膨脹系數(shù)。在該算法下,短流通常優(yōu)先于長(zhǎng)流,而隨著等待時(shí)間的增加,長(zhǎng)流的優(yōu)先級(jí)會(huì)不斷上升,并最終被調(diào)度。為了最小化流的膨脹系數(shù),本文設(shè)計(jì)了分布式的MERP速率控制策略。該策略定義了不同類(lèi)型的發(fā)送包與確認(rèn)包,利用其攜帶流狀態(tài)信息和速率控制信息。在此基礎(chǔ)上,我們?cè)O(shè)計(jì)了MERP發(fā)送端、接收端和交換機(jī)模塊,通過(guò)明確的速率控制實(shí)現(xiàn)了基于優(yōu)先級(jí)的流調(diào)度。大量的ns2仿真實(shí)驗(yàn)表明,基于最小化膨脹系數(shù)的速率控制策略能夠有效降低尾完成時(shí)間,而對(duì)于平均流完成時(shí)間的影響幾乎可以忽略不計(jì)。目前,數(shù)據(jù)中心采用等價(jià)多路徑路由策略,降低網(wǎng)絡(luò)核心層和匯聚層的擁塞程度,但是其存在著哈希碰撞、流分布敏感、無(wú)向上反饋的問(wèn)題。而現(xiàn)有網(wǎng)路負(fù)載均衡的相關(guān)工作主要致力于通過(guò)將負(fù)載均衡分配到等級(jí)路徑上,提高鏈路使用率。然而,吞吐量的提高并不必然降低網(wǎng)絡(luò)時(shí)延,我們認(rèn)為只有將負(fù)載均衡策略與傳輸控制策略結(jié)合,才能最大化地降低網(wǎng)絡(luò)時(shí)延。為此,本文設(shè)計(jì)了基于最小化膨脹系數(shù)的多路徑策略。具體的,該策略在路由選路時(shí),貪心地降低新流的膨脹系數(shù),從而降低網(wǎng)絡(luò)時(shí)延。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該策略在不同負(fù)載下和鏈路故障的情況下,均能夠有效降低平均流完成時(shí)間和尾完成時(shí)間。最后,我們對(duì)本文的工作進(jìn)行了總結(jié),并結(jié)合相關(guān)工作,提出了未來(lái)工作的展望。
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TP308

【共引文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1251593