面向多虛擬機(jī)應(yīng)用的基礎(chǔ)設(shè)施云服務(wù)性能優(yōu)化機(jī)制研究.pdf

1、隨著云計(jì)算的廣泛普及，大量應(yīng)用遷移至云環(huán)境，應(yīng)用和用戶規(guī)模大幅增長，給云應(yīng)用提供良好的性能保障變得越來越必要?；A(chǔ)設(shè)施云具有低成本與高擴(kuò)展性優(yōu)勢，基于其開展應(yīng)用性能優(yōu)化機(jī)制研究具有重要的學(xué)術(shù)意義和應(yīng)用前景。
　　基礎(chǔ)設(shè)施云所涉及的復(fù)雜資源管理機(jī)制及其與生俱來的高動(dòng)態(tài)特征給應(yīng)用性能優(yōu)化帶來了巨大挑戰(zhàn)。首先，虛擬機(jī)作為封裝應(yīng)用的基本容器，其較慢的創(chuàng)建速度嚴(yán)重?fù)p害了應(yīng)用部署和擴(kuò)展效率，而其性能又直接影響并制約了應(yīng)用的整體性能；其次，虛擬

2、機(jī)對(duì)資源的高度共享使應(yīng)用性能的公平性難以得到有效保障，尤其是傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)“best-effort”的資源供給方式無法保障網(wǎng)絡(luò)性能的公平，從而使得諸多應(yīng)用性能優(yōu)化機(jī)制失效；再次，云的高度動(dòng)態(tài)性增加了應(yīng)用性能評(píng)測難度，傳統(tǒng)的評(píng)測機(jī)制無法有效應(yīng)對(duì)這種特性，評(píng)測結(jié)果錯(cuò)誤率較高，從而使得無法高效和準(zhǔn)確地優(yōu)化應(yīng)用性能。
　　針對(duì)上述挑戰(zhàn)，面向多虛擬機(jī)應(yīng)用的基礎(chǔ)設(shè)施云服務(wù)性能優(yōu)化機(jī)制研究從多虛擬機(jī)應(yīng)用的性能需求、性能公平性需求、性能評(píng)估需求等方面入

3、手，通過擴(kuò)展應(yīng)用鏡像格式和存儲(chǔ)方式、構(gòu)建應(yīng)用公平性模型和用戶行為模型、增強(qiáng)虛擬機(jī)部署和調(diào)度效率等方法，從多角度深入論述了多虛擬機(jī)應(yīng)用性能優(yōu)化的相關(guān)理論和關(guān)鍵技術(shù)。
　　具體而言，主要提出了以下理論和方法：
　　1.一種基于增量技術(shù)的應(yīng)用快速部署和自動(dòng)擴(kuò)容機(jī)制：通過將“寫復(fù)制”的增量技術(shù)引入到虛擬機(jī)創(chuàng)建過程，消除了虛擬機(jī)與鏡像拷貝間的緊耦合關(guān)系。通過共享鏡像的方法大幅減少了多臺(tái)虛擬機(jī)并行創(chuàng)建時(shí)的數(shù)據(jù)傳輸量，有效提高多虛擬機(jī)應(yīng)用

4、的創(chuàng)建效率。引入一種自動(dòng)化擴(kuò)容方法，采用對(duì)用戶透明的擴(kuò)容框架和靈活的擴(kuò)容規(guī)則，有效提高了應(yīng)用擴(kuò)容的及時(shí)性和自動(dòng)化程度。通過與傳統(tǒng)的應(yīng)用部署方法和擴(kuò)容策略進(jìn)行比較，結(jié)果證實(shí)提出的優(yōu)化機(jī)制將虛擬機(jī)的部署時(shí)間縮減至低于5秒，將應(yīng)用的寫性能提高了24％－38%，相對(duì)于其他機(jī)制將性能退化降低了13%－17%。
　　2.一種基于區(qū)域存儲(chǔ)的應(yīng)用鏡像組織管理機(jī)制：將數(shù)據(jù)緩存技術(shù)引入虛擬機(jī)鏡像，增加了鏡像格式的靈活性。進(jìn)一步提出分層的鏡像存儲(chǔ)方法，

5、最大限度地發(fā)揮了各層鏡像的功能和性能。提出了區(qū)域存儲(chǔ)機(jī)制來提高緩存利用效率，從而提高應(yīng)用性能，并提出了服務(wù)器磁盤聚合的方法來更加高效和兼容的實(shí)現(xiàn)區(qū)域存儲(chǔ)。同時(shí)，提出了一種機(jī)制友好的應(yīng)用虛擬機(jī)放置方法，顯著提高了區(qū)域存儲(chǔ)內(nèi)緩存數(shù)據(jù)的命中率。通過與傳統(tǒng)的應(yīng)用鏡像組織管理方法進(jìn)行比較，結(jié)果表明，所提出的機(jī)制在一般情況下將應(yīng)用性能提高了100%，并在采用機(jī)制友好的虛擬機(jī)部署策略時(shí)將應(yīng)用性能提高了10倍以上。同時(shí)，機(jī)制的可擴(kuò)展性和可用性也在多種情

6、景下得到了驗(yàn)證。
　　3.一種基于虛擬機(jī)調(diào)度的應(yīng)用性能公平性保障機(jī)制：通過對(duì)傳統(tǒng)帶寬公平保障機(jī)制的分析，構(gòu)建了面向響應(yīng)時(shí)間的性能指標(biāo)，構(gòu)建了應(yīng)用性能公平性模型?？紤]多虛擬機(jī)應(yīng)用的事務(wù)復(fù)雜性，提出了面向事務(wù)的公平性保障方法，避免了傳統(tǒng)面向組件方法難以有效用于多虛擬機(jī)應(yīng)用的問題?；诠叫阅Ｐ?，提出了一種通過虛擬機(jī)調(diào)度保障應(yīng)用性能公平的方法。該方法聚合應(yīng)用虛擬機(jī)，并改善虛擬機(jī)的放置位置，以最大程度提高公平性指標(biāo)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，基于虛擬

7、機(jī)調(diào)度的應(yīng)用性能公平性保障機(jī)制將應(yīng)用性能公平性程度提高了26.5%－52.8%，同時(shí)避免了應(yīng)用性能的下滑。
　　4.一種基于用戶行為模型的應(yīng)用性能自動(dòng)化評(píng)估機(jī)制：通過對(duì)傳統(tǒng)用戶行為模型的重構(gòu)，形成了一種考慮事務(wù)特征的用戶行為模型。基于該重構(gòu)策略，給出了模型自動(dòng)化轉(zhuǎn)化方法，能夠及時(shí)高效得到改進(jìn)的用戶行為模型。同時(shí)，根據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施云架構(gòu)和應(yīng)用架構(gòu)提出了一種自動(dòng)化性能評(píng)估框架。該框架有效避免了由基礎(chǔ)設(shè)施云的高動(dòng)態(tài)性和多虛擬機(jī)應(yīng)用的高擴(kuò)展性

8、所導(dǎo)致的人工評(píng)測效率顯著下降的問題。通過與傳統(tǒng)性能評(píng)估方法比較，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所提出的應(yīng)用性能評(píng)估方法與基于傳統(tǒng)用戶行為模型的方法相比，將評(píng)估錯(cuò)誤率降低了50%，并且實(shí)現(xiàn)了評(píng)估過程的自動(dòng)化。
　　上述機(jī)制和方法貫穿于多虛擬機(jī)應(yīng)用性能優(yōu)化的各個(gè)方面。既包括對(duì)虛擬機(jī)結(jié)構(gòu)、部署策略、擴(kuò)容機(jī)制的研究，又包括對(duì)應(yīng)用性能公平模型、用戶行為模型的設(shè)計(jì)。這些研究結(jié)合真實(shí)云環(huán)境中的主流機(jī)制以及學(xué)術(shù)界公認(rèn)的優(yōu)化機(jī)制進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)果證實(shí)所提出的