基于SLA的多租戶數(shù)據(jù)服務(wù)利益最大化問題研究.pdf

1、SaaS（軟件即服務(wù)）以其“單實(shí)例多租賃”的特點(diǎn)為越來越多的用戶所接受，在這種服務(wù)模式下，一個(gè)應(yīng)用實(shí)例可以為多個(gè)租戶提供服務(wù)，減少了服務(wù)提供商為每個(gè)租戶維護(hù)獨(dú)立應(yīng)用實(shí)例的服務(wù)成本，并且應(yīng)用具有十分靈活的擴(kuò)展性。但是，相對(duì)一般單租戶的應(yīng)用，多租戶應(yīng)用中每個(gè)租戶可以定制個(gè)性化需求，其業(yè)務(wù)特性變得復(fù)雜，這就使得不同的租戶對(duì)于數(shù)據(jù)庫服務(wù)性能有著不同的要求，包括服務(wù)吞吐量、平均響應(yīng)時(shí)間等。為確保SaaS應(yīng)用的數(shù)據(jù)庫服務(wù)質(zhì)量，每個(gè)租戶會(huì)與SaaS數(shù)

2、據(jù)庫服務(wù)提供商之間協(xié)商簽訂服務(wù)水平協(xié)議(Service-LevelAgreement，SLA)。參照雙方的SLA協(xié)議約束，SaaS數(shù)據(jù)庫服務(wù)提供商提供的服務(wù)想要獲得收益，必須能使租戶數(shù)據(jù)庫作業(yè)的響應(yīng)時(shí)間等性能滿足協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，否則受到相應(yīng)的違約處罰。因此，SaaS數(shù)據(jù)庫服務(wù)提供商需要進(jìn)行資源的均衡配置和租戶作業(yè)執(zhí)行順序的制定，以滿足租戶個(gè)性化性能需求，另外，在應(yīng)用實(shí)例的運(yùn)行過程中服務(wù)提供商需要進(jìn)行集群資源監(jiān)測(cè)以及性能優(yōu)化，保證盡可能為完成租

3、戶作業(yè)的提供充足的資源環(huán)境。
　　云計(jì)算環(huán)境下SaaS服務(wù)質(zhì)量的控制需要綜合考慮多方面的因素。首先，多租戶應(yīng)用通常具有多熱點(diǎn)、多混合的負(fù)載特征。多熱點(diǎn)主要體現(xiàn)在不同租戶的業(yè)務(wù)熱點(diǎn)和峰值不同，熱點(diǎn)表示租戶的業(yè)務(wù)高峰期和持續(xù)時(shí)間，峰值表示租戶作業(yè)最大的負(fù)載壓力，不同租戶的熱點(diǎn)和峰值也是相互獨(dú)立的;多混合體現(xiàn)在不同租戶具有不同的負(fù)載特征，并且混合在一起會(huì)產(chǎn)生更加復(fù)雜的負(fù)載壓力。這二者使得SaaS數(shù)據(jù)庫服務(wù)提供商預(yù)測(cè)租戶負(fù)載壓力和構(gòu)建作業(yè)

4、調(diào)度模型變的復(fù)雜。其次，租戶因?yàn)闃I(yè)務(wù)特性的不同對(duì)于IO、MEM和CPU資源的需求程度不一樣，有些租戶業(yè)務(wù)偏重計(jì)算會(huì)消耗較多的CPU資源，有些租戶的業(yè)務(wù)需要進(jìn)行表的大量關(guān)聯(lián)并緩存大量數(shù)據(jù)，還有一些租戶業(yè)務(wù)頻繁讀寫硬盤，并且，多租戶應(yīng)用中多個(gè)租戶的總體負(fù)載并不是單純的每個(gè)租戶負(fù)載壓力的疊加，這也加重了對(duì)租戶負(fù)載壓力的預(yù)測(cè)和對(duì)節(jié)點(diǎn)資源性能承受能力的判斷的困難程度。然后，租戶的數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中共享存儲(chǔ)資源，各個(gè)租戶在相同數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)上執(zhí)行作業(yè)時(shí)候

5、就會(huì)產(chǎn)生資源競(jìng)爭(zhēng)，一般情況下租戶的復(fù)雜的數(shù)據(jù)庫作業(yè)響應(yīng)時(shí)間長，簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)庫作業(yè)響應(yīng)時(shí)間短，不合理的執(zhí)行順序會(huì)使得某些租戶的長作業(yè)長時(shí)間占用數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)的資源引起其他租戶短作業(yè)違反SLA約束。因此，如何利用租戶數(shù)據(jù)組織的特點(diǎn)，合理均衡租戶的負(fù)載壓力，為每個(gè)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)中租戶的作業(yè)制定有效的執(zhí)行順序，是眾多數(shù)據(jù)庫服務(wù)提供商實(shí)現(xiàn)總體SLA利益最大化的目的的有效途徑。
　　本文對(duì)多租戶應(yīng)用的分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)里的作業(yè)處理進(jìn)行了系統(tǒng)研究，提出了一個(gè)基

6、于無中心數(shù)據(jù)架構(gòu)的兩階段作業(yè)調(diào)度框架AdaptiveSLA，在分布式數(shù)據(jù)庫既有數(shù)據(jù)放置的情況下，對(duì)各數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)接收的應(yīng)用服務(wù)器發(fā)送過來的租戶作業(yè)進(jìn)行兩階段調(diào)度，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)服務(wù)提供商SLA整體利益最大化，并盡可能減少執(zhí)行作業(yè)過程中移動(dòng)數(shù)據(jù)的代價(jià)。首先，在系統(tǒng)初始化階段，本文使用機(jī)器學(xué)習(xí)算法構(gòu)建數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)上的租戶性能需求預(yù)測(cè)模型。然后，調(diào)度的第一階段是數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)在接收應(yīng)用服務(wù)器發(fā)送的數(shù)據(jù)庫作業(yè)的過程中，周期性使用危機(jī)探測(cè)器進(jìn)行節(jié)點(diǎn)的危機(jī)探測(cè)，如果危

7、機(jī)探測(cè)器探測(cè)到節(jié)點(diǎn)發(fā)生了性能危機(jī)，數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)使用滑動(dòng)窗口協(xié)議為后續(xù)到達(dá)的租戶作業(yè)找到最合適的調(diào)度目標(biāo)以緩解節(jié)點(diǎn)的性能危機(jī);最后，調(diào)度的第二階段是在數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)在執(zhí)行租戶的數(shù)據(jù)庫作業(yè)的時(shí)候，綜合考慮作業(yè)SLA約束的響應(yīng)時(shí)間和執(zhí)行時(shí)間為作業(yè)制定執(zhí)行次序，使盡可能多的作業(yè)能在規(guī)定的時(shí)間完成，增加服務(wù)提供商的收益減少違約賠償，以此達(dá)到數(shù)據(jù)服務(wù)提供商整體SLA利益最大化的目的。并且，為驗(yàn)證論文方法的有效性和可行性，本文設(shè)計(jì)了多組實(shí)驗(yàn)評(píng)估了使用的方法和模