本文關(guān)鍵詞：支持敏捷服務(wù)優(yōu)化的綠色云計算關(guān)鍵技術(shù)研究

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【摘要】：日趨成熟的云計算技術(shù)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(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的廣泛關(guān)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(guān)鍵問題。而另一方面,隨著移動云計算和跨云服務(wù)組合等新興云服務(wù)模式的出現(xiàn),其所具有的環(huán)境不穩(wěn)定性、任務(wù)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(wù)優(yōu)化的挑戰(zhàn)。綠色云計算環(huán)境下的服務(wù)優(yōu)化過程涉及云服務(wù)提供商和基礎(chǔ)設(shè)施提供商兩個相關(guān)利益主體,分別對應(yīng)云服務(wù)組合優(yōu)化技術(shù)和虛擬資源調(diào)度優(yōu)化技術(shù)。盡管服務(wù)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(wù)調(diào)度過程中的一些因素,包括:用戶對敏捷服務(wù)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(wù)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(wù)優(yōu)化方法較難快速適應(yīng)動態(tài)變化環(huán)境,由此引發(fā)的服務(wù)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(wù)的機制。2)云基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)提供商以優(yōu)化能耗為目標的資源配置將影響實時任務(wù)的敏捷性需求,需要權(quán)衡考慮能耗優(yōu)化與響應(yīng)時間性能。3)云平臺中具有不同資源請求特征的應(yīng)用,需要綜合考慮不同任務(wù)的資源需求進行任務(wù)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(wù)的綠色云計算技術(shù)所面臨的挑戰(zhàn),本文對支持敏捷服務(wù)的綠色云計算關(guān)鍵技術(shù)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(wù)的綠色云場景,提出了一種支持敏捷服務(wù)優(yōu)化的綠色云計算框架。該框架分為四個層次:服務(wù)資源層、服務(wù)發(fā)現(xiàn)層、敏捷服務(wù)優(yōu)化層、綠色資源調(diào)度層。具體而言,服務(wù)資源層基于分布式服務(wù)代理架構(gòu)為上層提供服務(wù)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(wù);服務(wù)發(fā)現(xiàn)層搜集云服務(wù)的相關(guān)注冊信息,為敏捷服務(wù)優(yōu)化層提供滿足任務(wù)功能屬性的所有服務(wù);敏捷服務(wù)優(yōu)化層針對用戶提交的復(fù)雜應(yīng)用需求通過敏捷服務(wù)優(yōu)化方法提供服務(wù)組合方案;最后,在綠色資源調(diào)度層,分別針對實時任務(wù)和混合任務(wù)提供支持敏捷服務(wù)的資源調(diào)度方法,滿足多樣化任務(wù)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(wù)優(yōu)化層和綠色資源調(diào)度層對應(yīng)的問題提出解決方法。2)為了滿足用戶調(diào)用云服務(wù)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(wù)組合優(yōu)化方法。具體而言,首先針對跨云平臺的服務(wù)組合問題設(shè)計了敏捷服務(wù)組合優(yōu)化模型,將傳統(tǒng)順序執(zhí)行的服務(wù)選擇階段和服務(wù)執(zhí)行階段轉(zhuǎn)化為并發(fā)執(zhí)行,并且采用細粒度服務(wù)選擇方式以快速響應(yīng)各種不穩(wěn)定因素帶來的服務(wù)變化;進一步,提出子服務(wù)組合的概念,通過多維QoS屬性聚合函數(shù)將子服務(wù)進行組合,并引入簡單加權(quán)法(Simple Additive Weighting,SAW)構(gòu)建子服務(wù)組合的目標效用值函數(shù)進行目標優(yōu)化;然后,在服務(wù)執(zhí)行的同時基于目標效用值為子服務(wù)組合中的待執(zhí)行任務(wù)選擇最佳服務(wù)組合方案;最后,針對服務(wù)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(wù)組合恢復(fù)機制。敏捷服務(wù)優(yōu)化方法生成的服務(wù)組合方案接近全局最優(yōu)的服務(wù)選擇結(jié)果,并且可快速敏捷地響應(yīng)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(wù)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(wù)的資源調(diào)度方法。具體而言,首先設(shè)計了綠色云計算環(huán)境下面向?qū)崟r任務(wù)的能耗感知資源調(diào)度模型,對云環(huán)境下的實時任務(wù)、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(shù)設(shè)計了能耗和響應(yīng)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(wù)虛擬資源映射方法優(yōu)化資源配置計劃范圍并設(shè)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(wù)對敏捷性服務(wù)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(wù),提出了一種綠色云計算環(huán)境下支持敏捷服務(wù)的混合任務(wù)調(diào)度方法。具體而言,首先針對混合任務(wù)中負載是否可分的特性提出反映任務(wù)不同緊迫度的優(yōu)先級,基于緊迫度對混合任務(wù)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(wù)提出支持綠色云計算的任務(wù)調(diào)度算法,將不可分任務(wù)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(wù),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(wù)調(diào)度算法,基于物理機最大能耗率策略為可分任務(wù)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(chǔ)能耗的效率,實現(xiàn)了既降低能耗又支持敏捷服務(wù)的混合任務(wù)調(diào)度方法。
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TP3

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本文編號：1274879