發(fā)布時間：2020-03-18 10:59

【摘要】：隨著云計算的廣泛普及,大量應(yīng)用遷移至云環(huán)境,應(yīng)用和用戶規(guī)模大幅增長,給云應(yīng)用提供良好的性能保障變得越來越必要�；A(chǔ)設(shè)施云具有低成本與高擴(kuò)展性優(yōu)勢,基于其開展應(yīng)用性能優(yōu)化機(jī)制研究具有重要的學(xué)術(shù)意義和應(yīng)用前景�；A(chǔ)設(shè)施云所涉及的復(fù)雜資源管理機(jī)制及其與生俱來的高動態(tài)特征給應(yīng)用性能優(yōu)化帶來了巨大挑戰(zhàn)。首先,虛擬機(jī)作為封裝應(yīng)用的基本容器,其較慢的創(chuàng)建速度嚴(yán)重?fù)p害了應(yīng)用部署和擴(kuò)展效率,而其性能又直接影響并制約了應(yīng)用的整體性能;其次,虛擬機(jī)對資源的高度共享使應(yīng)用性能的公平性難以得到有效保障,尤其是傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)“best-effort”的資源供給方式無法保障網(wǎng)絡(luò)性能的公平,從而使得諸多應(yīng)用性能優(yōu)化機(jī)制失效;再次,云的高度動態(tài)性增加了應(yīng)用性能評測難度,傳統(tǒng)的評測機(jī)制無法有效應(yīng)對這種特性,評測結(jié)果錯誤率較高,從而使得無法高效和準(zhǔn)確地優(yōu)化應(yīng)用性能。針對上述挑戰(zhàn),面向多虛擬機(jī)應(yīng)用的基礎(chǔ)設(shè)施云服務(wù)性能優(yōu)化機(jī)制研究從多虛擬機(jī)應(yīng)用的性能需求、性能公平性需求、性能評估需求等方面入手,通過擴(kuò)展應(yīng)用鏡像格式和存儲方式、構(gòu)建應(yīng)用公平性模型和用戶行為模型、增強(qiáng)虛擬機(jī)部署和調(diào)度效率等方法,從多角度深入論述了多虛擬機(jī)應(yīng)用性能優(yōu)化的相關(guān)理論和關(guān)鍵技術(shù)。具體而言,主要提出了以下理論和方法:1.一種基于增量技術(shù)的應(yīng)用快速部署和自動擴(kuò)容機(jī)制:通過將“寫復(fù)制”的增量技術(shù)引入到虛擬機(jī)創(chuàng)建過程,消除了虛擬機(jī)與鏡像拷貝間的緊耦合關(guān)系。通過共享鏡像的方法大幅減少了多臺虛擬機(jī)并行創(chuàng)建時的數(shù)據(jù)傳輸量,有效提高多虛擬機(jī)應(yīng)用的創(chuàng)建效率。引入一種自動化擴(kuò)容方法,采用對用戶透明的擴(kuò)容框架和靈活的擴(kuò)容規(guī)則,有效提高了應(yīng)用擴(kuò)容的及時性和自動化程度。通過與傳統(tǒng)的應(yīng)用部署方法和擴(kuò)容策略進(jìn)行比較,結(jié)果證實提出的優(yōu)化機(jī)制將虛擬機(jī)的部署時間縮減至低于5秒,將應(yīng)用的寫性能提高了24%-38%,相對于其他機(jī)制將性能退化降低了13%-17%。2.一種基于區(qū)域存儲的應(yīng)用鏡像組織管理機(jī)制:將數(shù)據(jù)緩存技術(shù)引入虛擬機(jī)鏡像,增加了鏡像格式的靈活性。進(jìn)一步提出分層的鏡像存儲方法,最大限度地發(fā)揮了各層鏡像的功能和性能。提出了區(qū)域存儲機(jī)制來提高緩存利用效率,從而提高應(yīng)用性能,并提出了服務(wù)器磁盤聚合的方法來更加高效和兼容的實現(xiàn)區(qū)域存儲。同時,提出了一種機(jī)制友好的應(yīng)用虛擬機(jī)放置方法,顯著提高了區(qū)域存儲內(nèi)緩存數(shù)據(jù)的命中率。通過與傳統(tǒng)的應(yīng)用鏡像組織管理方法進(jìn)行比較,結(jié)果表明,所提出的機(jī)制在一般情況下將應(yīng)用性能提高了100%,并在采用機(jī)制友好的虛擬機(jī)部署策略時將應(yīng)用性能提高了10倍以上。同時,機(jī)制的可擴(kuò)展性和可用性也在多種情景下得到了驗證。3.一種基于虛擬機(jī)調(diào)度的應(yīng)用性能公平性保障機(jī)制:通過對傳統(tǒng)帶寬公平保障機(jī)制的分析,構(gòu)建了面向響應(yīng)時間的性能指標(biāo),構(gòu)建了應(yīng)用性能公平性模型。考慮多虛擬機(jī)應(yīng)用的事務(wù)復(fù)雜性,提出了面向事務(wù)的公平性保障方法,避免了傳統(tǒng)面向組件方法難以有效用于多虛擬機(jī)應(yīng)用的問題�；诠叫阅Ｐ�,提出了一種通過虛擬機(jī)調(diào)度保障應(yīng)用性能公平的方法。該方法聚合應(yīng)用虛擬機(jī),并改善虛擬機(jī)的放置位置,以最大程度提高公平性指標(biāo)。實驗結(jié)果表明,基于虛擬機(jī)調(diào)度的應(yīng)用性能公平性保障機(jī)制將應(yīng)用性能公平性程度提高了26.5%-52.8%,同時避免了應(yīng)用性能的下滑。4.一種基于用戶行為模型的應(yīng)用性能自動化評估機(jī)制:通過對傳統(tǒng)用戶行為模型的重構(gòu),形成了一種考慮事務(wù)特征的用戶行為模型�；谠撝貥�(gòu)策略,給出了模型自動化轉(zhuǎn)化方法,能夠及時高效得到改進(jìn)的用戶行為模型。同時,根據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施云架構(gòu)和應(yīng)用架構(gòu)提出了一種自動化性能評估框架。該框架有效避免了由基礎(chǔ)設(shè)施云的高動態(tài)性和多虛擬機(jī)應(yīng)用的高擴(kuò)展性所導(dǎo)致的人工評測效率顯著下降的問題。通過與傳統(tǒng)性能評估方法比較,實驗結(jié)果表明,所提出的應(yīng)用性能評估方法與基于傳統(tǒng)用戶行為模型的方法相比,將評估錯誤率降低了50%,并且實現(xiàn)了評估過程的自動化。上述機(jī)制和方法貫穿于多虛擬機(jī)應(yīng)用性能優(yōu)化的各個方面。既包括對虛擬機(jī)結(jié)構(gòu)、部署策略、擴(kuò)容機(jī)制的研究,又包括對應(yīng)用性能公平模型、用戶行為模型的設(shè)計。這些研究結(jié)合真實云環(huán)境中的主流機(jī)制以及學(xué)術(shù)界公認(rèn)的優(yōu)化機(jī)制進(jìn)行了大量實驗驗證,結(jié)果證實所提出的機(jī)制和方法是可行的、高效的。
【圖文】：

自動擴(kuò)容是維護(hù)應(yīng)用運行時性能的一條重要途徑，以無人值守的方式自動為虛擬機(jī)數(shù)量以降低每臺虛擬機(jī)的平均工作負(fù)載。FAMA 基于用戶對應(yīng)用的知自動擴(kuò)容操作，不僅像 Amazon EC2 那樣允許用戶自定義告警策略和擴(kuò)容策許用戶提交自定義監(jiān)控腳本與 FAMA 進(jìn)行交互。這樣，，用戶能夠以一種更加活的方式對應(yīng)用進(jìn)行擴(kuò)容。本節(jié)對 FAMA 提供的多虛擬機(jī)應(yīng)用自動擴(kuò)容機(jī)制說明，首先介紹自動擴(kuò)容框架，接著描述基于擴(kuò)容框架的自動擴(kuò)容流程。1 應(yīng)用擴(kuò)容框架一個對應(yīng)用透明且開放的擴(kuò)容框架是實現(xiàn)應(yīng)用自動化擴(kuò)容的關(guān)鍵。FAMA 中動擴(kuò)容框架如圖 2-6 所示，其主體部分運行于基礎(chǔ)設(shè)施云的管理節(jié)點，包括集器、擴(kuò)容觸發(fā)器、擴(kuò)容響應(yīng)器，以及相關(guān)的擴(kuò)容策略，擴(kuò)容框架利用用戶息以及負(fù)載均衡器特性來完成對應(yīng)用的自動擴(kuò)容。處理策略告警策略

37(b) 啟動時間圖 2-9 虛擬機(jī)創(chuàng)建和啟動時間評估結(jié)果如圖 2-9 所示。從圖 2-9(a)可以看出，當(dāng)僅創(chuàng)建一臺虛擬機(jī)時，所致在相同時間內(nèi)完成，大約為 230 秒。這是由于這些機(jī)制在第一次部署某種擬機(jī)時都需要從鏡像模板拷貝基礎(chǔ)鏡像，從而都經(jīng)歷了一次耗時的鏡像拷貝程。但是，從第二組實驗開始，不同機(jī)制間開始出現(xiàn)明顯差別。以第二組實同時創(chuàng)建 2 臺虛擬機(jī)，基于增量技術(shù)的部署機(jī)制仍然只消耗了大約 230 秒一臺虛擬機(jī)時幾乎相同，而其他機(jī)制則消耗了明顯更多的時間，拷貝式部署花費了 400 秒左右才完成此次部署，幾乎是上一組實驗時間開銷的兩倍。同時可以觀察到，基于分布式技術(shù)的部署機(jī)制所花費的時間位于增量式部署
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP302


本文編號：2588630