【摘要】：云計算是一種新的計算和服務(wù)模式,它將大量的服務(wù)器和存儲設(shè)備等資源整合為一個巨大的“資源池”,利用云平臺以及網(wǎng)絡(luò)向云用戶提供按需自助且易擴(kuò)展的服務(wù)。近年來,云計算得到了快速發(fā)展,在互聯(lián)網(wǎng)界的認(rèn)同度越來越高,形成了應(yīng)用和服務(wù)往云數(shù)據(jù)中心中遷移的趨勢。從云提供商的角度,由于云資源在數(shù)據(jù)中心中分布不均并且容量有限,合理地部署云用戶的服務(wù)器以及數(shù)據(jù)對于提高用戶體驗至關(guān)重要。在現(xiàn)代云數(shù)據(jù)中心中,虛機(jī)部署技術(shù)是云提供商進(jìn)行高效云資源調(diào)度時面臨的首要問題。另外在云用戶的角度,其向云系統(tǒng)中部署應(yīng)用的預(yù)算是有限的,這導(dǎo)致租賃的服務(wù)器數(shù)量及位置都是受限的,因此如何選擇服務(wù)器的部署方案,直接決定了應(yīng)用和服務(wù)在部署后的網(wǎng)絡(luò)性能�；谠朴嬎阒鞋F(xiàn)有的虛機(jī)部署成果,本文分別從云提供商和云用戶這兩個角度研究了租戶應(yīng)用在云數(shù)據(jù)中心中的虛機(jī)(服務(wù)器)部署方案,以提高云系統(tǒng)的收益,降低租戶應(yīng)用的請求響應(yīng)延遲。從云提供商的角度,分別考慮了租戶應(yīng)用請求的統(tǒng)計特性以及云數(shù)據(jù)中心可擴(kuò)張的情況。而從云用戶的角度則考慮了大規(guī)模應(yīng)用用戶的請求路由策略。本文主要研究內(nèi)容如下三個方面:1.基于租戶應(yīng)用請求的統(tǒng)計特性以及虛機(jī)和數(shù)據(jù)存儲節(jié)點相結(jié)合的服務(wù)模型,研究了云數(shù)據(jù)中心中虛機(jī)部署的方法,以降低租戶應(yīng)用請求的響應(yīng)延遲,提高云系統(tǒng)的用戶體驗。每個租戶應(yīng)用的請求被模擬為獨立泊松流,虛機(jī)和數(shù)據(jù)存儲節(jié)點共同作為一個M/M/1的排隊模型。然后,提出了針對虛機(jī)部署的兩個優(yōu)化目標(biāo):最大延遲最小化(MML,Minimizing Maximum Latency)和總延遲最小化(MTL,Minimizing Total Latency)。對于優(yōu)化目標(biāo)為MML的虛機(jī)部署,提出了一個近似比為1 + ε的算法。對于優(yōu)化目標(biāo)為MTL的虛機(jī)部署,提出了三個啟發(fā)式算法。此外,針對云資源缺乏的情況,本文提出了兩個擴(kuò)展算法,其在確保部署應(yīng)用數(shù)量最大的同時分別優(yōu)化目標(biāo)MML和MTL。仿真結(jié)果表明,提出的系統(tǒng)模型以及算法能有效地降低租戶應(yīng)用的請求響應(yīng)延遲。2.考慮云數(shù)據(jù)中心可擴(kuò)張的情況,為云提供商提出了一個云系統(tǒng)模型以動態(tài)擴(kuò)張地理分布的云數(shù)據(jù)中心。在該模型中,云提供商將通過租借其他資源擁有者的空閑物理資源來按需擴(kuò)張其云數(shù)據(jù)中心。本文為云提供商定義了兩種服務(wù)模式。給定資源擁有者集合及其資源以及云用戶集合及其需求的虛機(jī),地理分布云的擴(kuò)張問題是確定要租賃的資源以及滿足的云用戶的虛機(jī)部署方案,以使得云系統(tǒng)的總收益最大。提出了兩個多項式時間的啟發(fā)式算法分別解決不同模式下的問題。本文還考慮了一種更一般的資源租賃策略,即部分租賃,分別提出了兩個擴(kuò)展算法來解決該問題。仿真結(jié)果表明,本文的系統(tǒng)模型和算法能夠有效地提高用戶滿意度和總收益,并降低用戶請求的平均延遲時間。3.對大規(guī)模的應(yīng)用在地理分布的云數(shù)據(jù)中心中的部署,本文考慮了該應(yīng)用用戶的請求路由策略。本文將該請求路由策略解釋為一個擁塞博弈模型,并且將請求的響應(yīng)延遲定義為在服務(wù)器中的排隊時間。給定一個大規(guī)模應(yīng)用程序及其相關(guān)估計的參數(shù),以及該應(yīng)用的部署預(yù)算,虛機(jī)部署問題是得到虛機(jī)(服務(wù)器)在一組的云數(shù)據(jù)中心的部署方案,以使得總的請求響應(yīng)延遲最小。該問題形式化定義為一個混合整整型雙層規(guī)劃問題。利用擁塞博弈的納什均衡結(jié)構(gòu)性質(zhì),本文成功地得到了一個等價的整型單層規(guī)劃問題,并提出了一個近似比為2的近似算法。本文還考慮了針對多個應(yīng)用程序的虛機(jī)部署問題,并同樣提出了一個近似比為2的近似算法。實驗表明,提出的模型和算法明顯優(yōu)于以前的研究。
【圖文】：

邐＾數(shù)據(jù)中‘Ｌ、Ｙ邐ｉｌ城肺逡逑kr：r2逡逑圖１．２云提供商角度的虛機(jī)部署逡逑少置應(yīng)用的用戶逡逑圖１．３云用戶角度的虛機(jī)部署逡逑其中有一個應(yīng)用是將要部署到云計算系統(tǒng)中的，該應(yīng)用需要為大量的用戶服務(wù)。逡逑由于城市Ａ中有大量該應(yīng)用的用戶，而城市Ｂ中只有少量該應(yīng)用的用戶，因此逡逑將該應(yīng)用的虛機(jī)部署在云數(shù)據(jù)中心Ｘ中能減少跨城市訪問的次數(shù)。這個應(yīng)用的逡逑虛機(jī)部署方案降低了該應(yīng)用的總的訪問延遲。逡逑從以上兩個簡單的例子可以看出，在云提供商的角度和云用戶的角度都可逡逑以通過合適的虛機(jī)部署方案，分別使得云計算系統(tǒng)和應(yīng)用獲得更好的性能。然逡逑而，在實際的問題中，并沒有像圖１．２和圖１．３中的那么簡單，需要考慮的因素很逡逑多，比如在圖１．３中，假設(shè)該應(yīng)用可以部署多個虛機(jī)副本，每個虛機(jī)副本都能處逡逑理該應(yīng)用的用戶請求，這時該應(yīng)用的虛機(jī)部署就變得比之前復(fù)雜了。這只是一個逡逑簡單的因素

圖１．２云提供商角度的虛機(jī)部署逡逑少置應(yīng)用的用戶逡逑圖１．３云用戶角度的虛機(jī)部署逡逑其中有一個應(yīng)用是將要部署到云計算系統(tǒng)中的，該應(yīng)用需要為大量的用戶服務(wù)。逡逑由于城市Ａ中有大量該應(yīng)用的用戶，而城市Ｂ中只有少量該應(yīng)用的用戶，因此逡逑將該應(yīng)用的虛機(jī)部署在云數(shù)據(jù)中心Ｘ中能減少跨城市訪問的次數(shù)。這個應(yīng)用的逡逑虛機(jī)部署方案降低了該應(yīng)用的總的訪問延遲。逡逑從以上兩個簡單的例子可以看出，在云提供商的角度和云用戶的角度都可逡逑以通過合適的虛機(jī)部署方案，分別使得云計算系統(tǒng)和應(yīng)用獲得更好的性能。然逡逑而，在實際的問題中，并沒有像圖１．２和圖１．３中的那么簡單，需要考慮的因素很逡逑多，，比如在圖１．３中，假設(shè)該應(yīng)用可以部署多個虛機(jī)副本，每個虛機(jī)副本都能處逡逑理該應(yīng)用的用戶請求，這時該應(yīng)用的虛機(jī)部署就變得比之前復(fù)雜了。這只是一個逡逑簡單的因素
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TP308

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本文編號：2607925