容错感知的云服务建模方法的研究

发布时间：2017-09-05 18:15

  本文关键词：容错感知的云服务建模方法的研究

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【摘要】：云计算作为当今世界一种新兴技术,正处于迅速发展的阶段。随着云计算的发展,用户对云计算的要求越来越高,越来越多的用户要求云计算中心能够提供有质量保证的服务。IaaS云是云计算中的重要组成部分,IaaS云根据用户的需求将计算机资源分配给用户。因此,如何有效准确的评估IaaS云的服务质量,无论是对用户,还是对云服务提供商来说都具有非常重要的意义。然而IaaS云计算中心异常复杂,服务性能易受到多种因素影响,如物理机性能,物理机数量,可用容量,虚拟设施的特性,调度策略等,因此准确评估IaaS云的服务质量是一项极具挑战的工作。随着排队论的发展,该技术已经应用于计算机网络建模的研究,成为研究云计算性能中不可缺少的一部分。根据Google Cluster Dataset数据显示,所有任务中有64%的任务为单个到达,因此对单个到达的任务进行建模分析具有重大的意义。通过计算机仿真技术模拟任务的来到、排队、服务以及离开,构建模型,进而分析出排队系统的性能。本文针对IaaS云中单个到达的任务提出了两种基于不同调度策略的分析模型,根据每个模型的有效状态转移事件,对模型进行建模,构建对应模型的状态转移矩阵。通过状态转移矩阵可以近似精确的求解出分析模型的稳态概率。由于稳态概率和系统状态存在对应关系,根据此对应关系可以求得拒绝服务概率,平均响应时间等一系列关键性能指标,从而对IaaS云服务质量做出精确的评估。实验结果了表明两种分析模型的可用性,最后对两种不同调度策略的分析模型进行对比,结合实验结果分别阐述了每个模型的优缺点。本文针对构建的分析模型主要做了如下工作：(1)由于云计算中心的复杂性,很多模型并没有将物理机的迁移考虑进来,本文中的模型考虑了物理机的迁移,并且将物理机迁移和容错相结合,进而构建了整体的模型；(2)详细介绍了整体模型,构建了两种基于不同调度策略的分析模型,总结了每个模型的有效状态转移事件,并对有效状态转移事件给出了详细的解释,结合有效状态转移事件对模型进行建模和分析；(3)由于状态爆炸的发生,由数值分析法构建的模型只能够描述小规模的云计算系统。为了能够让模型描述中等规模及以上的云计算系统,本文引入了Petri网来解决这个问题,构建了基于Petri的分析模型,能够描述中等规模及以上的云计算系统,实验结果证明基于Petri网的分析模型具有更好的实用性。
【关键词】：IaaS 云计算 Petri网 排队论 马尔可夫链 性能分析 容错
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP393.09
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 1 引言11-17
• 1.1 问题提出11
• 1.2 研究背景11-14
• 1.3 云服务平台性能分析的挑战14-15
• 1.4 研究内容和意义15-16
• 1.5 论文结构16-17
• 2 背景知识17-38
• 2.1 排队论17-22
• 2.1.1 排队系统的基本分类17-19
• 2.1.2 排队论研究的内容和目的19
• 2.1.3 排队系统的基本组成19-21
• 2.1.4 排队系统主要研究的性能指标21-22
• 2.1.5 经典排队系统22
• 2.2 马尔可夫链22-26
• 2.2.1 离散时间的马尔可夫链23-24
• 2.2.2 连续时间的马尔可夫链24-26
• 2.3 Petri网26-31
• 2.3.1 Petri网概述26-28
• 2.3.2 随机Petri网28-29
• 2.3.3 广义随机Petri网29-30
• 2.3.4 随机奖励网30-31
• 2.4 离散事件系统仿真31
• 2.5 排队系统建模的主要方法31-37
• 2.5.1 嵌入马尔可夫链法32-33
• 2.5.2 补充变量法33-34
• 2.5.3 拟生灭过程和矩阵分析法34-36
• 2.5.4 Petri网建模方法36-37
• 2.6 本章小结37-38
• 3 IAAS服务排队系统38-54
• 3.1 系统概述38-41
• 3.1.1 系统介绍38-39
• 3.1.2 系统处理请求流程以及参数说明39-40
• 3.1.3 合理假设40-41
• 3.2 系统实现-矩阵分析法41-49
• 3.2.1 Hot模型42-47
• 3.2.2 Cold模型47-49
• 3.3 系统实现-Petri网49-53
• 3.3.1 Hot模型49-52
• 3.3.2 Cold模型52-53
• 3.4 本章小结53-54
• 4 实验结果与分析54-64
• 4.1 稳态概率Π的计算54
• 4.2 性能指标求解公式54-56
• 4.2.1 数值分析法公式54-56
• 4.2.2 Petri网求解56
• 4.3 实验结果分析56-63
• 4.3.1 实验环境56-57
• 4.3.2 实验结果及分析57-63
• 4.4 本章小结63-64
• 5 总结与展望64-66
• 5.1 工作总结64
• 5.2 工作展望64-66
• 参考文献66-69
• 作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果69-71
• 学位论文数据集71

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本文编号：799515