多租戶(hù)環(huán)境下面向SLO的資源動(dòng)態(tài)平衡機(jī)制.pdf

1、云計(jì)算時(shí)代的多租戶(hù)SaaS(Software as a Service)應(yīng)用的需求越來(lái)越大。多租戶(hù)數(shù)據(jù)管理是SaaS應(yīng)用快速開(kāi)發(fā)和高效運(yùn)行的關(guān)鍵。多租戶(hù)數(shù)據(jù)管理通過(guò)共享資源節(jié)省了租戶(hù)數(shù)據(jù)管理與維護(hù)成本，但從租戶(hù)的角度來(lái)說(shuō)，每個(gè)租戶(hù)會(huì)與供應(yīng)商簽訂服務(wù)水平協(xié)議(Service Level Agreement，SLA)。在本文中專(zhuān)注于與SLA相關(guān)聯(lián)的性能指標(biāo)-查詢(xún)的響應(yīng)時(shí)間，因此多租戶(hù)數(shù)據(jù)查詢(xún)?nèi)孕铦M(mǎn)足租戶(hù)的服務(wù)水平目標(biāo)(Service Lev

2、el Objectives，SLO)，即描述各方設(shè)定的基準(zhǔn)或目標(biāo)，涉及供應(yīng)商在給定時(shí)期內(nèi)為租戶(hù)提供的服務(wù)。
　　隨著云計(jì)算時(shí)代多租戶(hù)SaaS應(yīng)用的推廣，越來(lái)越多的供應(yīng)商采用這種方式為租戶(hù)提供服務(wù)。雖然多租戶(hù)數(shù)據(jù)管理技術(shù)通過(guò)把租戶(hù)整合在相同的節(jié)點(diǎn)上節(jié)約了資源和成本，但是租戶(hù)之間資源共享也帶來(lái)了一系列的問(wèn)題和挑戰(zhàn)。首先，為了提高系統(tǒng)的可用性和容錯(cuò)性，租戶(hù)一般具有多個(gè)副本。不同節(jié)點(diǎn)上放置的租戶(hù)副本是不一樣的，而租戶(hù)因?yàn)闃I(yè)務(wù)性質(zhì)的不同，對(duì)

3、資源的需求程度也會(huì)不一樣。有的租戶(hù)對(duì)CPU資源需求較多，對(duì)I/O資源需求較少，有的租戶(hù)則剛好相反。如果把消耗CPU資源較多，I/O資源較少的租戶(hù)查詢(xún)調(diào)度到同一個(gè)節(jié)點(diǎn)上，就會(huì)造成該節(jié)點(diǎn)CPU資源利用率過(guò)高，不能滿(mǎn)足租戶(hù)的資源需求，而I/O資源利用率過(guò)低。因此，不合理的查詢(xún)調(diào)度會(huì)導(dǎo)致資源的浪費(fèi)，降低系統(tǒng)的性能。然后，多租戶(hù)數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)負(fù)載具有混合性，大波動(dòng)，多變化等特征。因?yàn)樽鈶?hù)放置在一起，共享資源，所以租戶(hù)之間的性能是相互影響的。租戶(hù)叢發(fā)型的

4、工作負(fù)載會(huì)造成節(jié)點(diǎn)的資源利用率過(guò)高，處于過(guò)載狀態(tài)，也會(huì)使節(jié)點(diǎn)上的其他租戶(hù)得資源需求得不到滿(mǎn)足，查響應(yīng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，無(wú)法滿(mǎn)足租戶(hù)的SLO，產(chǎn)生性能危機(jī)。因此，如何平衡節(jié)點(diǎn)之間的資源使用，提高節(jié)點(diǎn)的資源利用率，消除節(jié)點(diǎn)的性能危機(jī)成為供應(yīng)商越來(lái)越關(guān)注的問(wèn)題。本文從用戶(hù)實(shí)際存在的需求出發(fā)，針對(duì)現(xiàn)有工作存在的不足，對(duì)多租戶(hù)環(huán)境中的過(guò)載問(wèn)題進(jìn)行了一系列的研究，并提出了資源動(dòng)態(tài)平衡機(jī)制平衡數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)的資源使用和消除節(jié)點(diǎn)的性能危機(jī)。本文的具體工作和貢獻(xiàn)概括如

5、下:
　　1.提出了三種負(fù)載模型并詳細(xì)介紹了這三種負(fù)載模型的構(gòu)建過(guò)程。本文分別定義了三種負(fù)載模型:查詢(xún)負(fù)載模型、租戶(hù)負(fù)載模型和節(jié)點(diǎn)負(fù)載模型來(lái)分別表示查詢(xún)、租戶(hù)和節(jié)點(diǎn)的負(fù)載。首先根據(jù)查詢(xún)的特點(diǎn)構(gòu)建查詢(xún)的負(fù)載模型，以其所消耗的服務(wù)器資源作為服務(wù)器總資源的百分比作為負(fù)載模型的基準(zhǔn)。然后基于查詢(xún)的負(fù)載模型采用線(xiàn)性累加方法構(gòu)建租戶(hù)負(fù)載模型和節(jié)點(diǎn)負(fù)載模型。最后通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了負(fù)載模型的準(zhǔn)確性。
　　2.針對(duì)多租戶(hù)環(huán)境中不合理的查詢(xún)調(diào)度策略

6、造成數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)資源使用不平衡問(wèn)題，本文提出了基于負(fù)載模型和節(jié)點(diǎn)性能的動(dòng)態(tài)查詢(xún)調(diào)度策略。首先節(jié)點(diǎn)的性能與節(jié)點(diǎn)的資源消耗水平密切相關(guān)，為了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)的性能，本文基于節(jié)點(diǎn)中的資源使用率，訓(xùn)練節(jié)點(diǎn)的性能標(biāo)簽來(lái)標(biāo)記節(jié)點(diǎn)的資源消耗水平。然后采用動(dòng)態(tài)查詢(xún)調(diào)度策略實(shí)時(shí)檢測(cè)和統(tǒng)計(jì)所有數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)的性能標(biāo)簽，并基于查詢(xún)負(fù)載模型和節(jié)點(diǎn)的性能標(biāo)簽，動(dòng)態(tài)的分配查詢(xún)，在租戶(hù)副本所在的數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)上選擇合適的節(jié)點(diǎn)執(zhí)行，平衡數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)之間的資源使用，提高節(jié)點(diǎn)資源利用率。

7、　　3.針對(duì)多租戶(hù)環(huán)境中由于租戶(hù)叢發(fā)型的工作負(fù)載造成性能危機(jī)的問(wèn)題，本文提出了一種輕量級(jí)的消除節(jié)點(diǎn)性能危機(jī)的負(fù)載均衡機(jī)制。在多租戶(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)環(huán)境中，節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生性能危機(jī)，會(huì)使查詢(xún)的響應(yīng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，租戶(hù)的SLO違反率過(guò)高。本文提出一種通過(guò)交換租戶(hù)的主副本和輔助副本的角色消除性能危機(jī)的輕量級(jí)的負(fù)載均衡機(jī)制。消除性能危機(jī)的原理是租戶(hù)具有一個(gè)主副本和多個(gè)輔助副本，主副本和輔助副本都可以承擔(dān)只讀查詢(xún)，但是寫(xiě)查詢(xún)只能在主副本上。因此主副本承擔(dān)的工作負(fù)載要比輔