【摘要】：文件分發(fā)系統(tǒng)是互聯(lián)網(wǎng)重要的信息傳播平臺(tái)。云計(jì)算的出現(xiàn)和云技術(shù)的迅猛發(fā)展,促成了云下載系統(tǒng)的出現(xiàn)并迅速成為關(guān)注的焦點(diǎn)。云下載系統(tǒng)可以提供預(yù)約式文件分發(fā)服務(wù),用戶提出下載請(qǐng)求之后可以離線甚至關(guān)機(jī),而不需要一直保持在線,由此節(jié)省了大量用戶時(shí)間；云下載系統(tǒng)可以根據(jù)用戶需求,按需租用云平臺(tái)提供的計(jì)算、存儲(chǔ)和帶寬等資源來獲取、緩存和向用戶返回預(yù)約的文件,保證用戶文件可用性和取回文件的速率。 預(yù)約式服務(wù)與云平臺(tái)的結(jié)合,賦予了云下載系統(tǒng)以下新特點(diǎn)：增加了系統(tǒng)與用戶的交互形式；系統(tǒng)可以統(tǒng)計(jì)不同用戶的文件預(yù)約請(qǐng)求復(fù)用文件,減少系統(tǒng)資源開銷；系統(tǒng)如何租用和管理云資源,是提高文件分發(fā)效率和降低服務(wù)成本的關(guān)鍵。但是,現(xiàn)有云下載系統(tǒng)的資源分配策略缺乏對(duì)預(yù)約式下載服務(wù)的深度考慮,會(huì)導(dǎo)致存儲(chǔ)資源浪費(fèi)、用戶間服務(wù)不公平、資源開銷大等問題。 本文針對(duì)這些問題,以云下載系統(tǒng)新特點(diǎn)作為視角,建立了相關(guān)理論模型,并設(shè)計(jì)了優(yōu)化的資源分配策略,主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)如下： (1)針對(duì)預(yù)約式服務(wù)交互過程,本文建立了系統(tǒng)交互模型,從理論上刻畫了采用預(yù)約式服務(wù)的云下載系統(tǒng)運(yùn)行機(jī)制,并提出了系統(tǒng)響應(yīng)策略(何時(shí)通知用戶、何時(shí)開始獲取文件)。首先,分析單個(gè)用戶下載過程,建立了交互模型量化交互過程中的各時(shí)間元素及其關(guān)系,并由模型理論分析,推導(dǎo)出用戶時(shí)間開銷和系統(tǒng)存儲(chǔ)時(shí)間開銷。其次,建立了最小化這兩個(gè)時(shí)間開銷的多目標(biāo)優(yōu)化問題,并分別求解得到最優(yōu)化用戶體驗(yàn)和最小化系統(tǒng)存儲(chǔ)開銷的系統(tǒng)響應(yīng)策略。最后,由多目標(biāo)優(yōu)化問題的求解得到用戶時(shí)間開銷與系統(tǒng)存儲(chǔ)時(shí)間開銷之間是折中的關(guān)系,在此基礎(chǔ)上提出了在滿足用戶服務(wù)質(zhì)量需求的條件下最小化系統(tǒng)存儲(chǔ)開銷的系統(tǒng)響應(yīng)策略。 (2)針對(duì)驅(qū)動(dòng)用戶與系統(tǒng)合作的激勵(lì)問題,本文設(shè)計(jì)了適用于多用戶場(chǎng)景的用戶合作激勵(lì)機(jī)制,通過對(duì)同一個(gè)文件的多個(gè)預(yù)約請(qǐng)求的匯聚和連續(xù)服務(wù)實(shí)現(xiàn)文件的高效復(fù)用。首先,建立了多用戶請(qǐng)求云下載的多用戶模型,獲得不同文件復(fù)用情況下的系統(tǒng)服務(wù)成本。其次,在用戶無私和用戶自私兩種情況下,分析用戶與系統(tǒng)的收益。并針對(duì)這兩種用戶提出了根據(jù)用戶等待時(shí)間和報(bào)價(jià)提供差分服務(wù)的合作機(jī)制。最后,通過仿真和理論分析證明了這些機(jī)制有效降低了系統(tǒng)獲取文件和緩存文件的開銷,保證了用戶服務(wù)的公平性。 (3)針對(duì)已有的云緩存分配算法沒有考慮預(yù)約式服務(wù)特點(diǎn)的問題,本文提出了存儲(chǔ)容量模型,定量地給出了系統(tǒng)需要的云緩存量(即云存儲(chǔ)需求下限)。首先,通過對(duì)云下載系統(tǒng)中云緩存設(shè)計(jì)面臨問題的深入分析,揭示了用戶刪除行為與文件有效期是影響系統(tǒng)云緩存占用量的關(guān)鍵因素。其次,通過大規(guī)模數(shù)據(jù)分析和挖掘,發(fā)現(xiàn)了云緩存的存儲(chǔ)特性(如用戶請(qǐng)求數(shù)與緩存文件數(shù)的關(guān)系等)和用戶刪除文件的規(guī)律。最后,建立了存儲(chǔ)容量模型。該模型公式化地表示了請(qǐng)求數(shù)、文件有效期與系統(tǒng)云緩存量的關(guān)系,為云緩存容量規(guī)劃和文件有效期設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。與基于真實(shí)數(shù)據(jù)的仿真值進(jìn)行比較,模型預(yù)估的云緩存需求量誤差在10%以內(nèi)。 (4)針對(duì)云下載系統(tǒng)中存儲(chǔ)資源開銷和計(jì)算資源開銷之間的關(guān)系,本文在云存儲(chǔ)需求下限的基礎(chǔ)上建立了系統(tǒng)資源開銷模型,提出了云緩存內(nèi)容管理算法。對(duì)大規(guī)模商業(yè)云下載系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)營數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,得到系統(tǒng)資源開銷模型中的關(guān)鍵參數(shù)。由該模型求解獲得的云緩存租用量,在滿足系統(tǒng)的需求的條件下使云存儲(chǔ)和計(jì)算資源的開銷總和最小。然后,對(duì)大規(guī)模真實(shí)系統(tǒng)中的用戶行為數(shù)據(jù)進(jìn).行分析,得到了用戶取回行為的特征。在此基礎(chǔ)上,提出了一種云緩存內(nèi)容管理算法(F-LRU)。最后,通過大規(guī)模實(shí)際數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的仿真試驗(yàn),結(jié)果顯示了F-LRU算法的命中率和比特命中率都高于LRU、SIZE算法。
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TP333
【圖文】：

圖1-2預(yù)約式服務(wù)的交互示意圖相對(duì)于即時(shí)型文件分發(fā)系統(tǒng)，云下載系統(tǒng)有如下新特點(diǎn)：(1)預(yù)約式服務(wù)的云下載系統(tǒng)，改變了系統(tǒng)與用戶的交互形式。即時(shí)，用戶請(qǐng)求時(shí)刻、系統(tǒng)通知用戶取回和用戶實(shí)際取回文件的時(shí)刻是一致

基于laaS云服務(wù)架構(gòu)，云應(yīng)用利用云服務(wù)平臺(tái)的云資源為用戶提供服務(wù)，典型結(jié)構(gòu)如圖5-1所示。云平臺(tái)通常由架構(gòu)服務(wù)提供商搭建，由大量互聯(lián)的計(jì)算和存儲(chǔ)服務(wù)器構(gòu)成，為各個(gè)云應(yīng)用提供資源池。而云應(yīng)用提供者需計(jì)劃一個(gè)長期的預(yù)訂合同，向架構(gòu)服務(wù)提供商租用其服務(wù)所需的資源，如計(jì)算、存儲(chǔ)、帶寬或虛擬機(jī)等。/ 急戶 A用戶 B■zj應(yīng)用2 Q用戶c圖5-1云應(yīng)用的典型架構(gòu)在云下載系統(tǒng)中，系統(tǒng)需要利用云存儲(chǔ)資源來構(gòu)建云緩存，為用戶保留文件以保障文件可用性。而當(dāng)用戶請(qǐng)求的文件不存在于云緩存中時(shí)，系統(tǒng)必須調(diào)度計(jì)算資源處理和獲取文件。故云下載系統(tǒng)云緩存部署決定和影響的資源開銷，包括云緩存開銷的云存儲(chǔ)資源和獲取文件開銷的云計(jì)算資源。由于云緩存的數(shù)據(jù)可以重用：當(dāng)用戶請(qǐng)求的文件已存在云緩存中時(shí)，云下載系統(tǒng)不需要再次獲取文件。則系統(tǒng)云緩存可緩存的文件越多

的請(qǐng)求為觀察對(duì)象，當(dāng)存儲(chǔ)不同數(shù)量的歷史文件時(shí)（時(shí)間上從觀察天往前），觀察該天請(qǐng)求的文件中已存在于緩存的比例，結(jié)果如圖5-2所示。0.8 fi: r 1■ aes】 伊 月 1 日，N=314132 1k

本文編號(hào)：2802682