A Novel Multi-Objective Preemption Policy in Cloud Systems.pdf

1、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)迅速并被廣泛使用，云計算作為一種新興的新計算機機制正成為工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的一個熱點話題。云計算可以被定義為“通過互聯(lián)網(wǎng)向用戶（稱為云消費者）提供資源池中計算資源的大規(guī)模分布式計算范型”。
　　計算服務(wù)使用者（消費者）僅需要在他們訪問計算服務(wù)時支付給供應(yīng)商費用。此外，消費者不再需要大量投資或遭遇到建設(shè)和維護復(fù)雜IT基礎(chǔ)設(shè)施的難題。
　　因此，它被認為是提供用滿足日常所需的計算資源（例如，處理能力、存儲、軟件和網(wǎng)絡(luò)帶寬）

2、的功能，這作為可訪問公共設(shè)施服務(wù)的云消費者的代表。這種計算公共服務(wù)，像所有其他四個現(xiàn)有服務(wù)（即水、電、煤氣、電話），而提供基礎(chǔ)水平的計算服務(wù)被認為是一般社會的重要特征。
　　云計算環(huán)境可以分為4個層次的體系結(jié)構(gòu)：硬件/數(shù)據(jù)中心層、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)層、平臺層和應(yīng)用層。此外，云社區(qū)已廣泛使用以下三種服務(wù)模型到云服務(wù)類別中：
　　1.軟件即服務(wù)（SaaS）：指的是在互聯(lián)網(wǎng)上提供所需要的應(yīng)用程序。SaaS提供商包括例如Salesforce.

3、com、Rackspace和SAP Business ByDesign。
　　2.平臺即服務(wù)(PaaS)：指的是提供平臺層資源，包括操作系統(tǒng)支持和軟件開發(fā)框架。PaaS提供商包括如下Google App Engine、Microsoft Windows Azure和Force.com。
　　3.基礎(chǔ)架構(gòu)即服務(wù)(IaaS)：指的是按需供應(yīng)基礎(chǔ)設(shè)施資源，通常是虛擬機的資源調(diào)配。提供IaaS的云所有者稱為IaaS的供應(yīng)商。IaaS

4、提供商包括例如Amazon EC2、GoGrid和Flexiscale。
　　云提供商依賴它們在虛擬化技術(shù)的概念上的計算能力—通過在物理基礎(chǔ)架構(gòu)層和計算進程之間引入邏輯層來隱藏底層的基礎(chǔ)架構(gòu)。通過虛擬機監(jiān)視器（例如Xen、KVM和VMware），俗稱為“管理程序”，每個云能夠控制和模擬多個進程環(huán)境中（即 Vms），每個云運行它自己的“客戶端”軟件，通常是指操作系統(tǒng)。
　　虛擬機和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的成熟導(dǎo)致了商業(yè)醫(yī)療提供者的出現(xiàn)，向用

5、戶提供幾乎無限數(shù)量的資源。虛擬機（VM）技術(shù)已能夠在物理基礎(chǔ)設(shè)施之上創(chuàng)建自定義的環(huán)境，同時新模型也在出現(xiàn)，例如IaaS和云計算。
　　在云上可用的資源必須能很好的供應(yīng)，在這種情況下他們巨大的能力指是高效的利用資源和有效按時到達最終用戶，沒有很大的延遲完成云用戶交辦的任務(wù)。
　　因此，資源調(diào)配，必須基于可用性、性能、功能和資源成本來限定服務(wù)級別要求要求指定服務(wù)級別協(xié)議，SLA）。
　　云計算的許多定義之一就是，基礎(chǔ)設(shè)施即

6、服務(wù)(IaaS)系統(tǒng)—IT基礎(chǔ)設(shè)施作為虛擬機部署在提供商的數(shù)據(jù)中心中。IaaS是指按需提供基礎(chǔ)設(shè)施資源，通常是指虛擬機（VMs）。IaaS的云所有者稱為IaaS提供商。IaaS提供商包括例如Amazon EC2(3)、GoGrid和Flexiscale。
　　在云計算基礎(chǔ)設(shè)施，不同的用戶運行眾多的應(yīng)用程序，計算需求也多樣化。一些用戶在特定的時間請求支援以滿足應(yīng)用程序的最后期限，而其他用戶關(guān)于時間上沒有嚴格的要求。第一類用戶應(yīng)用程序

7、被稱為最后期限約束（例如，提前預(yù)約"AR"），第二類被稱為盡最大努力(BE)。在公共云提供商看來，租賃的優(yōu)先順序是基于經(jīng)濟驅(qū)動的。例如亞馬遜EC2為用戶提供不同的實例類型與特定的優(yōu)先事項相關(guān)聯(lián)（例如，現(xiàn)貨、按需和保留實例）。
　　資源調(diào)配是大型分布式系統(tǒng)，例如云所面臨的重要挑戰(zhàn)之一。近年來，云計算已經(jīng)成為一種重要的范式并成為在互聯(lián)網(wǎng)上提供的作為主機和分發(fā)服務(wù)的新模式。云計算成為了對企業(yè)所有者很有吸引力的平臺，因為它可以提供滿足 I

8、T行業(yè)調(diào)配資源的巨大能力的幻想。
　　然而在科學(xué)和工業(yè)界，對計算資源的需求已成為一項終極要求。許多資源管理系統(tǒng)已開始部署租賃抽象資源和使用虛擬機(VMs)的資源調(diào)配以提供這些需求。
　　一般來說，為用戶的請求調(diào)配資源有三個維度，如下所示：
　　1.軟件可用資源。
　　2.硬件資源。
　　3.在期間內(nèi)的資源可用（資源可用性）。
　　然而，滿足所有這些資源調(diào)配模型中的目標，已被證明是具有挑戰(zhàn)性的問題。過去

9、的資源調(diào)配模型都不能滿足所有這些方面。近年來，虛擬機（VM）技術(shù)發(fā)展為了一種資源配置模型，并創(chuàng)造了處理這些維度的機會。
　　在云計算基礎(chǔ)設(shè)施上，用戶運行各種應(yīng)用程序具有不同的計算要求。一些用戶需要在特定的時間使用資源，以滿足應(yīng)用程序的最后期限，而其他用戶則對時間要求不嚴格，只要它們被授予所需的資源，當(dāng)有資源它們就執(zhí)行。第一類用戶應(yīng)用程序被稱為最后期限約束（即，提前預(yù)約"AR"），第二類被稱為盡最大努力(BE)。
　　在目前的

10、云計算環(huán)境中，大型的公共云，如亞馬遜EC2可以說是不需要提供Ars或截止日期敏感的資源調(diào)配，因為他們有足夠的資源來提供無限容量的幻想，在那里可以立即調(diào)配資源。
　　然而，當(dāng)系統(tǒng)為不同的用戶提供不同的優(yōu)先權(quán)限時，必須決定誰、什么時候可以得到資源?？梢杂酶鞣N用戶或請求的服務(wù)質(zhì)量(QoS)要求（例如，截止時間）的優(yōu)先級來驅(qū)動這種決定。
　　當(dāng)沒有足夠的資源分配給高優(yōu)先級請求（如必須立即訪問資源以按時到達）時將產(chǎn)生問題。因此，問題是

11、如何以最低等待時間為AR請求提供服務(wù)。
　　在此研究中，我們提出了一種新穎的在云計算系統(tǒng)中的優(yōu)先搶占進程策略。
　　此外，我們制定了這一問題—作為一種多目標優(yōu)化策略，目的是在高優(yōu)先級請求下分配資源，使其提供最小等待時間。為此目的，我們將擴展容量調(diào)配模型用于當(dāng)前云，通過利用資源租賃作為一種基本的資源調(diào)配抽象為盡最大努力和提前預(yù)訂請求提供服務(wù)。通過允許在租賃期實行租賃搶占，其中一個可能性是幾個盡最大努力租賃將會被搶占，為 AR請

12、求騰出足夠的資源。為了解決這一問題，我們制定了多目標優(yōu)化問題，這個問題會在下一節(jié)中描述。
　　這項工作所作的貢獻被如下所示：
　　1.我們提出了一種新型多目標搶占政策，目的是以高優(yōu)先級請求方式服務(wù)等待時間最小分配資源。我們認為搶占進程作為多目標問題，其目標通常為不可公度的。
　　2.我們通過使用提出的一整套模擬裝置評估了提出的模型。仿真結(jié)果非常好同時展示了我們提出的利用搶占租賃以適應(yīng)不同的情況下解決問題的策略的效率。<

13、br>　　搶占機制，也是我們在本文中所使用的機制，為其他更高優(yōu)先級或更緊迫的請求中斷免費資源。搶占是一個適當(dāng)?shù)臋C制，用來解決請求啟動和起點啟動的爭用?？梢酝ㄟ^資源管理系統(tǒng)，手動或自動搶占正在運行的進程。
　　在我們提出的模型中，用戶可以為計算資源發(fā)出一個租賃請求，通過一組虛擬機來調(diào)度和實現(xiàn)。此外，我們考慮三種類型的租賃：最好努力撤銷、最好努力中止和提前預(yù)留(AR)。我們還考慮到AR租賃是非搶占的，其資源必須在特定的時間可用，而Be

14、st-Effort租賃是可搶占的（取消或暫停），其請求進行排隊直到可以分配資源。
　　這個問題涉及三個優(yōu)化目標，目標是盡量減少下列目標：
　　1.時間開銷（搶占進程引起）：這一目標旨通過搶占進程，盡量減少時間開銷到系統(tǒng)的實施時間。
　　2.候選租賃的完成時間：在可撤銷租賃的情況下，最好是以更少的完成時間搶占租賃，因為根據(jù)租賃條款，取消租約后,它會從頭開始，這將浪費系統(tǒng)資源，降低用戶的滿意度。
　　3.搶占的數(shù)目被

15、應(yīng)用于候選租賃：事實上，搶占租賃增加它的完工時間。但是，用戶并不希望其租賃被搶占或至少被搶占的次數(shù)盡可能的少。因此，為了提高用戶滿意度，最好是在特定的租賃中減少搶占數(shù)。因為當(dāng)其租賃在較短的時間完成，沒有被搶占多次（那將需要等待長時間來完成他們的請求），用戶會更加滿意。
　　我們開發(fā)了一個模擬器，用以檢驗提出的模型。此外，我們還定義和應(yīng)用了三種不同搶占策略，包括：
　　1.沒有搶占（NP）政策：系統(tǒng)中不允許搶占。
　　2

16、. N-最大限度搶占（N-NP）政策：每個租賃最多允許N個搶占。
　　3.無限的搶占（UP）政策：應(yīng)用于每個租賃的搶占沒有限制。
　　在實驗中進行，實際工作量CEA Curie已配置為生成8個月的工作負載，其中包括超過120,000條并行請求。我們研究在系統(tǒng)中應(yīng)用每個搶占策略的效果，并且基于不同的度量標準計算仿真結(jié)果，包括：
　　1.租賃優(yōu)先購買權(quán)的數(shù)量
　　2.AR等待時間
　　3.資源利用率