【摘要】：云計(jì)算憑借其強(qiáng)大的資源集成和計(jì)算能力得到了廣泛的應(yīng)用。在當(dāng)前形勢下,云計(jì)算環(huán)境的關(guān)鍵技術(shù)研究,包括服務(wù)質(zhì)量(QoS)保障、安全可靠研究、系統(tǒng)優(yōu)化管理等,對我國信息技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)一步推廣應(yīng)用具有重要的意義。如何有效評估云系統(tǒng)的服務(wù)性能、安全性、可靠性,如何建立重要系統(tǒng)參數(shù)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系為優(yōu)化系統(tǒng)資源調(diào)度提供依據(jù),以及如何合理運(yùn)用相關(guān)的關(guān)鍵理論和技術(shù)以優(yōu)化云資源管理并提升云系統(tǒng)性能是推動云計(jì)算持續(xù)健康發(fā)展需要研究的問題。目前,數(shù)據(jù)存儲、地圖導(dǎo)航、科學(xué)計(jì)算等云服務(wù)已較為普及,在帶來便利的同時,大量公司數(shù)據(jù)、應(yīng)用服務(wù)、用戶隱私等上傳到云上也帶來了嚴(yán)峻的安全問題�，F(xiàn)有研究對于如何評估云系統(tǒng)安全性,如何評估安全因素對服務(wù)質(zhì)量產(chǎn)生的影響,如何合理的配置資源以抵御安全因素帶來的影響從而確保服務(wù)質(zhì)量等問題的研究還相對不足,需要進(jìn)一步深入。其次,移動云計(jì)算這一新興云計(jì)算技術(shù),在移動設(shè)備和移動應(yīng)用請求爆發(fā)式增長的當(dāng)下,得到了長足發(fā)展。但其應(yīng)用環(huán)境多樣性以及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性,也帶來了諸如服務(wù)性能下降、不穩(wěn)定等服務(wù)質(zhì)量問題,以及組件故障、網(wǎng)絡(luò)延遲等可靠性問題�，F(xiàn)在,基于移動云計(jì)算環(huán)境的性能、可靠性評估方面的研究還相對缺乏。因此,為確保提供穩(wěn)定可靠高性能的服務(wù),需要針對移動云計(jì)算環(huán)境的特點(diǎn)進(jìn)行建模,以準(zhǔn)確的評估服務(wù)質(zhì)量并建立其與可靠性因素之間的關(guān)系,最終為優(yōu)化資源調(diào)度和系統(tǒng)參數(shù)配置提供依據(jù)。此外,在可靠性研究領(lǐng)域,云環(huán)境的復(fù)雜性以及云實(shí)驗(yàn)平臺的缺乏使得故障數(shù)據(jù)的獲取以及評估方法在真實(shí)環(huán)境中的驗(yàn)證變得越來越困難且成本高昂。這一情況凸顯了建立云環(huán)境下可靠性仿真實(shí)驗(yàn)平臺的必要性和緊迫性。最后,為支持云環(huán)境下QoS保障、安全可靠等研究的開展、驗(yàn)證和應(yīng)用,系統(tǒng)資源信息與運(yùn)行狀況數(shù)據(jù)的獲取是必不可少的。但是,現(xiàn)有的云資源監(jiān)控系統(tǒng),存在因主控節(jié)點(diǎn)功能太過集中而導(dǎo)致某些時刻網(wǎng)絡(luò)流量過大,系統(tǒng)擴(kuò)展性差,和無法及時應(yīng)對節(jié)點(diǎn)失效等問題。另外,云系統(tǒng)存在的海量資源,以及資源本身具有的多樣性、復(fù)雜性,這也增加了系統(tǒng)資源統(tǒng)一管理的難度。因此,需要在云監(jiān)控系統(tǒng)、云資源統(tǒng)一標(biāo)識、新資源的動態(tài)加入管理等方面進(jìn)行進(jìn)一步的研究。本論文圍繞以上問題進(jìn)行了深入研究,論文的主要研究工作及創(chuàng)新性成果包括:1)針對云環(huán)境缺乏安全性評估這一問題,提出了一種關(guān)聯(lián)分析建模方法,建立了云環(huán)境下的安全性-性能(Security-Performance,S-P)關(guān)聯(lián)模型。首先,針對云系統(tǒng)中最重要的組成部分,虛擬機(jī),建立了評估其安全性的模型,該模型充分反映了安全機(jī)制和惡意攻擊兩個安全因素對虛擬機(jī)的影響,隨后基于虛擬機(jī)與云系統(tǒng)之間的關(guān)系,提出了評估云系統(tǒng)安全性的指標(biāo)。其次,提出了一種分層建模方法來建立S-P關(guān)聯(lián)模型。排隊(duì)論被用于云計(jì)算系統(tǒng)的性能建模,然后基于貝葉斯理論和相關(guān)性分析建立了安全性和性能之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系,并提出了評估復(fù)雜S-P相關(guān)性的新指標(biāo)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了理論模型的正確性,并揭示了安全因素引起的性能動態(tài)變化規(guī)律。2)針對新興移動云計(jì)算系統(tǒng)缺乏合適的性能與可靠性評估方法的問題,提出了一種基于移動云計(jì)算系統(tǒng)(Mobilet Cloud System,MCS)的性能-可靠性(Performance-Reliability,P-R)關(guān)聯(lián)分析建模方法,并進(jìn)一步在CloudSim平臺上進(jìn)行了可靠性因素的仿真設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn),搭建了云環(huán)境下可靠性仿真平臺。首先,通過對MCS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的分析和理解,提出了基于多隊(duì)列模型的MCS服務(wù)性能建模評估方法。其次,選取了MCS中典型的故障因素,并對其進(jìn)行了可靠性建模。隨后,基于貝葉斯理論和相關(guān)性分析建立了可靠性與性能之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系,并提出了評估復(fù)雜P-R相關(guān)性的新指標(biāo)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了所提出的P-R相關(guān)建模方法的正確性,并揭示了可靠性因素作用下不同系統(tǒng)參數(shù)對MCS服務(wù)性能的影響。最后,基于可靠性建模理論,在CloudSim平臺中設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了可靠性仿真模塊,為進(jìn)一步研究云環(huán)境中的可靠性因素提供了一個通用的仿真平臺。3)針對云環(huán)境中監(jiān)控系統(tǒng)的性能提升,以及資源管理的優(yōu)化問題,提出了一種基于仿生自主神經(jīng)系統(tǒng)(Bionic Autonomic Nervous System,BANS)、Ontology、多值決策圖的新型云資源監(jiān)控系統(tǒng)。首先,仿生概念被用于新型云資源監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)中引入了多級存儲、分批上報、主動發(fā)現(xiàn)以及定期輪詢等策略和機(jī)制,降低了系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通訊流量,并使系統(tǒng)獲得了自組織自修復(fù)的能力。其次,運(yùn)用Ontology技術(shù)對系統(tǒng)各個資源進(jìn)行描述,并引入多值決策圖技術(shù)(Multivariate Decision Diagram,MDD)。Ontology與MDD的結(jié)合應(yīng)用,賦予了系統(tǒng)資源快速語義查詢的特性以及復(fù)雜系統(tǒng)故障自檢測自診斷的能力,極大的簡化了大規(guī)模系統(tǒng)的監(jiān)控和管理工作,實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的智能診斷功能。
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TP3

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本文編號：2652285