IaaS性能隔离性测试系统的设计与实现

发布时间：2017-08-31 21:25

  本文关键词：IaaS性能隔离性测试系统的设计与实现

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【摘要】：IaaS (Infrastructure as a Service)性能隔离性是指IaaS云计算平台中,虚拟机与虚拟机之间性能的相互影响。性能隔离性越差,表明虚拟机性能越易受其它虚拟机影响,这一方面无法保障虚拟机性能的稳定,难以吸引潜在用户；另一方面,不符合中国国家标准GB/T 31168-2014《信息安全技术云计算服务安全能力要求》对隔离性的要求。所以,有必要对IaaS性能隔离性进行测试。现有性能隔离性测试主要存在两点不足之处：(1)只是针对特定的虚拟化技术,例如Xen、KVM等等。然而,云计算技术不仅涉及到虚拟化技术,还涉及到多种技术,例如分布式资源管理、分布式数据存储、大规模数据管理、负载均衡等等。仅对虚拟化技术进行测试,无法准确测出云平台性能隔离性。(2)规模过小。现有的性能隔离性测试普遍采用3到4台虚拟机进行测试,而云计算的基本特征就是大规模性,伸缩性强。少数几台虚拟机对云平台的影响微乎其微,不足以准确测试云平台的性能隔离性。针对现有性能隔离性测试方法的不足,本文解决思路为：(1)将IaaS云计算平台作为黑盒进行测试,而不仅仅是针对云平台的虚拟化技术,避免云平台异构对测试的影响。虚拟机是IaaS云平台提供的主要产品,无法从虚拟机中获知云平台的系统架构,所以可以利用虚拟机进行测试。(2)根据对影响性能隔离性主要因素的分析,可在IaaS云平台创建大量虚拟机进行测试,弥补现有测试规模过小的问题。所以,本文提出了采用大量虚拟机相互协作的方式,共同完成对IaaS云平台计算、网络、存储等资源的性能隔离性测试。为减轻繁重的测试工作,实现自动化测试和对性能隔离性评估,本文主要内容为：(1)分析了影响性能隔离性的主要因素,以及现有测试方法的不足。(2)设计并实现了一个IaaS性能隔离性测试原型系统,该测试系统采用基于消息中间件的大规模分布式系统架构,可利用被测IaaS平台提供的租户信息自动创建虚拟机,构建测试网络拓扑,并能够灵活定制测试例,使得测试系统不局限于性能隔离性测试。基于消息中间件的分布式架构,使得该系统具备松散耦合、扩展灵活等特性,可适应云计算多租户、资源池化、伸缩性强的特性。(3)给出了测试计算、网络、存储资源的性能隔离性的详细方法。(4)对性能隔离性测试结果进行量化分析,分析是对云平台自身而言,而不是与其它云平台对比,具有一定的客观性。2016年5月完成了对安徽省某地级市电子政务云平台的IaaS性能隔离性测试。测试系统利用云平台提供的虚拟机,自动构建了测试网络拓扑,为测试节点分发了测试例,顺利实现了对被测云服务的CPU、内存、网络和外存(磁盘)的性能隔离性测试。测试结果验证了IaaS性能隔离性测试方法的可行性和测试系统的可用性。
【关键词】：云计算 多租户 安全能力 性能隔离性 IaaS 分布式
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP274
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-16
• 第1章 引言16-23
• 1.1 研究背景与意义16-17
• 1.2 国内外研究现状17-20
• 1.2.1 影响虚拟机性能隔离性因素17-18
• 1.2.2 性能隔离性测试相关方法分析18-20
• 1.2.3 分布式测试与中间件分析20
• 1.3 研究内容20-21
• 1.4 论文结构21-23
• 第2章 相关理论与技术23-36
• 2.1 云计算技术概论23-27
• 2.1.1 云计算特征与种类23-24
• 2.1.2 云计算服务模式24-26
• 2.1.3 虚拟化技术26-27
• 2.1.4 虚拟机整合27
• 2.2 云计算服务安全能力要求概述27-28
• 2.3 OpenStack APIs使用方法28-34
• 2.3.1 OpenStack Identity API29-30
• 2.3.2 OpenStack Image service API30-31
• 2.3.3 OpenStack Networking API31
• 2.3.4 OpenStack Compute API31-34
• 2.4 本章小结34-36
• 第3章 测试系统需求分析与概要设计36-46
• 3.1 系统需求分析36-37
• 3.2 系统概要设计37-45
• 3.2.1 系统架构分析与设计37-41
• 3.2.2 性能隔离性测试方法41-43
• 3.2.3 系统模块设计43-45
• 3.3 本章小结45-46
• 第4章 测试系统详细设计与实现46-65
• 4.1 系统详细设计与关键技术46-54
• 4.1.1 系统部署46-47
• 4.1.2 系统测试时序图47
• 4.1.3 角色分配与选举算法47-49
• 4.1.4 消息类型49-50
• 4.1.5 自动创建虚拟机50-51
• 4.1.6 系统镜像定制51-54
• 4.2 虚拟机性能隔离性量化分析54-55
• 4.3 测试例55-59
• 4.3.1 CPU性能隔离性测试55-56
• 4.3.2 内存性能隔离性测试56-57
• 4.3.3 磁盘I/O性能隔离性测试57-58
• 4.3.4 网络性能隔离性测试58-59
• 4.4 系统实现59-64
• 4.4.1 开发环境59
• 4.4.2 主要类结构与流程59-64
• 4.5 本章小结64-65
• 第5章 模拟实验与实际测试65-79
• 5.1 模拟实验65-72
• 5.1.1 实验环境65-67
• 5.1.2 系统性能分析67
• 5.1.3 实验结果与分析67-72
• 5.2 实际测试72-78
• 5.2.1 测试环境72-73
• 5.2.2 测试结果与分析73-78
• 5.3 本章小结78-79
• 第6章 结束语79-81
• 6.1 工作总结79
• 6.2 未来工作展望79-81
• 参考文献81-85
• 致谢85-86
• 在读期间发表的学术论文与取得的研究成果86

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本文编号：768016