本文關鍵詞：支持敏捷服務優(yōu)化的綠色云計算關鍵技術研究

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【摘要】：日趨成熟的云計算技術引起了云數(shù)據(jù)中心的大規(guī)模擴張,隨之而來的能耗問題也逐漸得到了學術界和產(chǎn)業(yè)界的廣泛關注,如何實現(xiàn)綠色云計算成為云計算產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展的關鍵問題。而另一方面,隨著移動云計算和跨云服務組合等新興云服務模式的出現(xiàn),其所具有的環(huán)境不穩(wěn)定性、任務實時性以及需求多樣化等特點給綠色云計算提出了支持敏捷服務優(yōu)化的挑戰(zhàn)。綠色云計算環(huán)境下的服務優(yōu)化過程涉及云服務提供商和基礎設施提供商兩個相關利益主體,分別對應云服務組合優(yōu)化技術和虛擬資源調(diào)度優(yōu)化技術。盡管服務優(yōu)化在綠色云計算中已取得一定研究成果,但當前的研究工作忽略了云服務調(diào)度過程中的一些因素,包括:用戶對敏捷服務的需求、多目標優(yōu)化的資源配置、多樣化的資源請求等。因此,支持敏捷服務的綠色云計算仍然面臨如下挑戰(zhàn),主要包括:1)傳統(tǒng)的服務優(yōu)化方法較難快速適應動態(tài)變化環(huán)境,由此引發(fā)的服務優(yōu)化過程失效問題,不僅造成計算資源的浪費也影響用戶體驗,需要保證敏捷服務的機制。2)云基礎設施服務提供商以優(yōu)化能耗為目標的資源配置將影響實時任務的敏捷性需求,需要權衡考慮能耗優(yōu)化與響應時間性能。3)云平臺中具有不同資源請求特征的應用,需要綜合考慮不同任務的資源需求進行任務調(diào)度,以滿足敏捷性需求的同時支持綠色云計算。針對上述支持敏捷服務的綠色云計算技術所面臨的挑戰(zhàn),本文對支持敏捷服務的綠色云計算關鍵技術展開研究,主要工作包括以下幾項:1)為了實現(xiàn)支持敏捷服務的綠色云場景,提出了一種支持敏捷服務優(yōu)化的綠色云計算框架。該框架分為四個層次:服務資源層、服務發(fā)現(xiàn)層、敏捷服務優(yōu)化層、綠色資源調(diào)度層。具體而言,服務資源層基于分布式服務代理架構為上層提供服務資源,包括云計算環(huán)境下分布在不同云平臺上的各種云服務;服務發(fā)現(xiàn)層搜集云服務的相關注冊信息,為敏捷服務優(yōu)化層提供滿足任務功能屬性的所有服務;敏捷服務優(yōu)化層針對用戶提交的復雜應用需求通過敏捷服務優(yōu)化方法提供服務組合方案;最后,在綠色資源調(diào)度層,分別針對實時任務和混合任務提供支持敏捷服務的資源調(diào)度方法,滿足多樣化任務需求的同時降低云數(shù)據(jù)中心的能耗。本文主要針對敏捷服務優(yōu)化層和綠色資源調(diào)度層對應的問題提出解決方法。2)為了滿足用戶調(diào)用云服務過程中對QoS(Quality of Service)質(zhì)量保證以及敏捷性需求,提出了一種云計算環(huán)境下敏捷服務組合優(yōu)化方法。具體而言,首先針對跨云平臺的服務組合問題設計了敏捷服務組合優(yōu)化模型,將傳統(tǒng)順序執(zhí)行的服務選擇階段和服務執(zhí)行階段轉化為并發(fā)執(zhí)行,并且采用細粒度服務選擇方式以快速響應各種不穩(wěn)定因素帶來的服務變化;進一步,提出子服務組合的概念,通過多維QoS屬性聚合函數(shù)將子服務進行組合,并引入簡單加權法(Simple Additive Weighting,SAW)構建子服務組合的目標效用值函數(shù)進行目標優(yōu)化;然后,在服務執(zhí)行的同時基于目標效用值為子服務組合中的待執(zhí)行任務選擇最佳服務組合方案;最后,針對服務組合過程中可能出現(xiàn)的由不穩(wěn)定環(huán)境引起的意外情況,提出服務組合恢復機制。敏捷服務優(yōu)化方法生成的服務組合方案接近全局最優(yōu)的服務選擇結果,并且可快速敏捷地響應不穩(wěn)定環(huán)境帶來的變化。3)針對能耗感知的資源調(diào)度可能影響實時任務的敏捷性問題,提出了一種綠色云計算環(huán)境下支持敏捷服務的資源調(diào)度方法。具體而言,首先設計了綠色云計算環(huán)境下面向實時任務的能耗感知資源調(diào)度模型,對云環(huán)境下的實時任務、資源配置和能耗進行建模;進一步,基于能耗模型利用云計算虛擬機動態(tài)放置技術設計了能耗和響應時間感知的資源配置策略,其通過虛擬資源的彈性擴展機制生成可用的資源配置計劃;然后,基于多目標優(yōu)化的任務虛擬資源映射方法優(yōu)化資源配置計劃范圍并設置效用值函數(shù);最后,基于效用值確定最終優(yōu)化的資源調(diào)度方案,為數(shù)據(jù)中心降低能耗的同時,保證了實時任務對敏捷性服務的需求。4)為了進行能耗優(yōu)化的同時滿足具有多樣化資源請求的任務,提出了一種綠色云計算環(huán)境下支持敏捷服務的混合任務調(diào)度方法。具體而言,首先針對混合任務中負載是否可分的特性提出反映任務不同緊迫度的優(yōu)先級,基于緊迫度對混合任務進行排序以提升截止時間約束保證率;進一步,針對不可分任務提出支持綠色云計算的任務調(diào)度算法,將不可分任務調(diào)度到能滿足截止時間約束的同時,增量能耗最小的虛擬資源以降低能耗;針對可分任務,利用其可并行執(zhí)行的特性提出支持綠色云計算的可分任務調(diào)度算法,基于物理機最大能耗率策略為可分任務動態(tài)生成調(diào)度方案;最后,以動態(tài)擴展虛擬資源的方式提升了基礎能耗的效率,實現(xiàn)了既降低能耗又支持敏捷服務的混合任務調(diào)度方法。
【學位授予單位】：南京大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TP3

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本文編號：1274879