數(shù)據(jù)中心作為承載各種服務(wù)和應(yīng)用的重要基礎(chǔ)設(shè)施,其發(fā)展經(jīng)歷了企業(yè)級(jí)數(shù)據(jù)中心、模塊化數(shù)據(jù)中心和云計(jì)算數(shù)據(jù)中心等多個(gè)階段�，F(xiàn)代數(shù)據(jù)中心不僅建設(shè)規(guī)模龐大,而且也發(fā)揮著越來越重要的作用。與數(shù)據(jù)中心相關(guān)的流量調(diào)度問題引起了學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的極大關(guān)注。一方面,不同應(yīng)用所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)流對(duì)于數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)有著不同的傳輸需求,例如快速響應(yīng)、穩(wěn)定的傳輸速率以及截止時(shí)間保障等。另一方面,數(shù)據(jù)中心里的網(wǎng)絡(luò)擁塞和傳輸故障時(shí)有發(fā)生,致使數(shù)據(jù)流的傳輸需求難以得到保障。在數(shù)據(jù)中心里,網(wǎng)絡(luò)功能設(shè)備的廣泛部署不僅顯著地提高了網(wǎng)絡(luò)的傳輸性能以及安全性,同時(shí)也帶來了新的問題與挑戰(zhàn)。這些設(shè)備的部署規(guī)模已經(jīng)達(dá)到了與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備相同的數(shù)量級(jí)。傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備只能夠?qū)M(jìn)入設(shè)備的數(shù)據(jù)包執(zhí)行簡(jiǎn)單的路由轉(zhuǎn)發(fā)操作。而網(wǎng)絡(luò)功能設(shè)備卻能夠基于數(shù)據(jù)包的內(nèi)容執(zhí)行多種網(wǎng)絡(luò)功能處理。各種網(wǎng)絡(luò)功能的執(zhí)行依賴于設(shè)備中的多種硬件資源。進(jìn)入設(shè)備的數(shù)據(jù)包需要在多種硬件資源上依次地經(jīng)過處理,而且不同類型的網(wǎng)絡(luò)功能處理將不同程度地消耗這些硬件資源。在這樣的多資源環(huán)境下,數(shù)據(jù)流之間的資源爭(zhēng)用將更加劇烈。很多面向多資源的數(shù)據(jù)流量調(diào)度方法試圖通過提供公平的服務(wù)來保障數(shù)據(jù)流的傳輸。然而在一些情況下,這些方法卻并不適用。首先,基于嚴(yán)格的公平性約束執(zhí)行調(diào)度決策會(huì)導(dǎo)致多資源環(huán)境下的資源浪費(fèi)。本文所提出的ATFQ(ActiveTimeFairnessQueuing)隊(duì)列調(diào)度方法能夠在多資源環(huán)境下保障數(shù)據(jù)流之間的公平性,同時(shí)最大化資源利用率以及調(diào)度效率。在每個(gè)調(diào)度周期中,ATFQ會(huì)根據(jù)數(shù)據(jù)包的時(shí)間戳標(biāo)記來決定每個(gè)數(shù)據(jù)流能夠得到調(diào)度的數(shù)據(jù)包的數(shù)量,從而保障數(shù)據(jù)流之間的公平性。通過最小化數(shù)據(jù)包的總處理時(shí)間,ATFQ能夠獲得最高的資源利用率以及調(diào)度效率。當(dāng)每個(gè)調(diào)度周期中所處理的數(shù)據(jù)包數(shù)量不同時(shí),ATFQ對(duì)于公平性和調(diào)度效率也有著不同程度的側(cè)重�？紤]到軟實(shí)時(shí)應(yīng)用的數(shù)據(jù)流對(duì)于截止時(shí)間的傳輸要求,本文所提出的 MDFS(Multi-resourceDeadline-driven Flow Scheduling)隊(duì)列調(diào)度方法能夠在多資源環(huán)境下有效地保障數(shù)據(jù)流的截止時(shí)間。它不僅能夠降低數(shù)據(jù)流之間的資源爭(zhēng)用,而且可以保證已經(jīng)得到調(diào)度的數(shù)據(jù)流絕對(duì)不會(huì)錯(cuò)過截止時(shí)間。其次,在服務(wù)鏈條件下數(shù)據(jù)流需要通過多個(gè)網(wǎng)絡(luò)功能設(shè)備并且經(jīng)過多種網(wǎng)絡(luò)功能處理。數(shù)據(jù)流在不同設(shè)備上所得到的服務(wù)差異使得它在整個(gè)路徑上的傳輸難以得到保障。本文所提出的MRouting(Multi-resource Routing)數(shù)據(jù)流調(diào)度方法用于在服務(wù)鏈條件下保障數(shù)據(jù)流對(duì)于截止時(shí)間的要求�？紤]到數(shù)據(jù)流的發(fā)送端和接收端之間可能存在多條可用的傳輸路徑,MRouting將執(zhí)行適當(dāng)?shù)穆窂竭x擇策略使新數(shù)據(jù)流以及先前得到調(diào)度的數(shù)據(jù)流都不會(huì)錯(cuò)過截止時(shí)間,同時(shí)提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量。最后,數(shù)據(jù)中心里的很多集群應(yīng)用都遵循coflow傳輸模式。coflow被定義為兩組服務(wù)器之間具有相互依賴關(guān)系的并行數(shù)據(jù)流集合。當(dāng)這些數(shù)據(jù)流通過不同的網(wǎng)絡(luò)功能設(shè)備時(shí),coflow的整體傳輸需求難以得到保障。本文提出DRGC(Data Rate Guarantee for Coflow)調(diào)度方法,用于在多資源環(huán)境下保障coflow對(duì)于傳輸速率的需求。通過使用優(yōu)先級(jí)標(biāo)記,它能夠在數(shù)據(jù)包級(jí)別識(shí)別不同的coflow,并確定它們的調(diào)度順序。而憑借數(shù)據(jù)包上的時(shí)間戳標(biāo)記則能夠保證,所有的coflow只會(huì)占用必要的資源來維持穩(wěn)定的傳輸速率,不會(huì)侵占多余的資源。綜上所述,本文分別在數(shù)據(jù)包、數(shù)據(jù)流以及coflow級(jí)別設(shè)計(jì)了相應(yīng)的調(diào)度方法來保障數(shù)據(jù)流量在多資源環(huán)境下的傳輸。通過大量的理論分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,本文所提出的調(diào)度方法能夠在多資源環(huán)境下有效地保障數(shù)據(jù)流對(duì)于公平性、截止時(shí)間以及傳輸速率等的需求。
【學(xué)位單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TP308;TP393.06
【部分圖文】：

１．３研究?jī)?nèi)容以及論文結(jié)構(gòu)??１．３．１研究?jī)?nèi)容??本文的主要研宄內(nèi)容如圖１．１所示。在數(shù)據(jù)中心里，各種類型的網(wǎng)絡(luò)功能設(shè)備幾乎??無處不在。這些設(shè)備的廣泛部署不僅能夠有效提升網(wǎng)絡(luò)的整體傳輸性能，還能夠?qū)?shù)據(jù)??流量執(zhí)行一些必要的網(wǎng)絡(luò)功能處理。網(wǎng)絡(luò)功能的執(zhí)行需要用到設(shè)備內(nèi)部的多種硬件資源。??當(dāng)數(shù)據(jù)流量在這樣的多資源環(huán)境下進(jìn)行處理時(shí)，它們的各種傳輸需求通常難以得到有效??保障。在多資源環(huán)境下執(zhí)行流量調(diào)度具有以下難點(diǎn)：??１）

功能的執(zhí)行依賴于設(shè)備內(nèi)部的多種硬件資源，包括ＣＰＵ、內(nèi)存以及網(wǎng)卡等。在這樣的多??資源環(huán)境下，進(jìn)入設(shè)備的數(shù)據(jù)包在進(jìn)行處理時(shí)需要遵循一些特定的規(guī)則。假設(shè)設(shè)備中共??有Ｍ種硬件資源巧，盡如圖２．１所示，相同顏色的圖形表示同一個(gè)數(shù)據(jù)包在不??同硬件資源上的處理過程。此時(shí)的數(shù)據(jù)包處理過程遵循以下規(guī)則：??－２１?－??

々＇??圖２．１多資源環(huán)境下的數(shù)據(jù)包處理過程??Ｆｉｇ．?２．１?Ｐａｃｋｅｔ?Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ?ｉｎ?Ｍｕｌｔｉ－ｒｅｓｏｕｒｃｅ?Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓ??數(shù)據(jù)中心作為承載各種服務(wù)和應(yīng)用的重要基礎(chǔ)設(shè)施，其內(nèi)部不僅部署了大量的網(wǎng)絡(luò)??交換設(shè)備，還部署了同等數(shù)量級(jí)的中間盒設(shè)備。這些設(shè)備可以執(zhí)行多種網(wǎng)絡(luò)功能處理，??包括負(fù)載均衡、入侵檢測(cè)以及防火墻等％因此它們也被稱為網(wǎng)絡(luò)功能設(shè)備。各種網(wǎng)絡(luò)??功能的執(zhí)行依賴于設(shè)備內(nèi)部的多種硬件資源，包括ＣＰＵ、內(nèi)存以及網(wǎng)卡等。在這樣的多??資源環(huán)境下，進(jìn)入設(shè)備的數(shù)據(jù)包在進(jìn)行處理時(shí)需要遵循一些特定的規(guī)則。假設(shè)設(shè)備中共??有Ｍ種硬件資源巧，盡如圖２．１所示，相同顏色的圖形表示同一個(gè)數(shù)據(jù)包在不??同硬件資源上的處理過程。此時(shí)的數(shù)據(jù)包處理過程遵循以下規(guī)則：??－２１?－??
【參考文獻(xiàn)】

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