多租戶環(huán)境下面向SLO的資源動態(tài)平衡機(jī)制.pdf

1、云計(jì)算時代的多租戶SaaS(Software as a Service)應(yīng)用的需求越來越大。多租戶數(shù)據(jù)管理是SaaS應(yīng)用快速開發(fā)和高效運(yùn)行的關(guān)鍵。多租戶數(shù)據(jù)管理通過共享資源節(jié)省了租戶數(shù)據(jù)管理與維護(hù)成本，但從租戶的角度來說，每個租戶會與供應(yīng)商簽訂服務(wù)水平協(xié)議(Service Level Agreement，SLA)。在本文中專注于與SLA相關(guān)聯(lián)的性能指標(biāo)-查詢的響應(yīng)時間，因此多租戶數(shù)據(jù)查詢?nèi)孕铦M足租戶的服務(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)商在給定時期內(nèi)為租戶提供的服務(wù)。
　　隨著云計(jì)算時代多租戶SaaS應(yīng)用的推廣，越來越多的供應(yīng)商采用這種方式為租戶提供服務(wù)。雖然多租戶數(shù)據(jù)管理技術(shù)通過把租戶整合在相同的節(jié)點(diǎn)上節(jié)約了資源和成本，但是租戶之間資源共享也帶來了一系列的問題和挑戰(zhàn)。首先，為了提高系統(tǒng)的可用性和容錯性，租戶一般具有多個副本。不同節(jié)點(diǎn)上放置的租戶副本是不一樣的，而租戶因?yàn)闃I(yè)務(wù)性質(zhì)的不同，對

3、資源的需求程度也會不一樣。有的租戶對CPU資源需求較多，對I/O資源需求較少，有的租戶則剛好相反。如果把消耗CPU資源較多，I/O資源較少的租戶查詢調(diào)度到同一個節(jié)點(diǎn)上，就會造成該節(jié)點(diǎn)CPU資源利用率過高，不能滿足租戶的資源需求，而I/O資源利用率過低。因此，不合理的查詢調(diào)度會導(dǎo)致資源的浪費(fèi)，降低系統(tǒng)的性能。然后，多租戶數(shù)據(jù)訪問負(fù)載具有混合性，大波動，多變化等特征。因?yàn)樽鈶舴胖迷谝黄?，共享資源，所以租戶之間的性能是相互影響的。租戶叢發(fā)型的

4、工作負(fù)載會造成節(jié)點(diǎn)的資源利用率過高，處于過載狀態(tài)，也會使節(jié)點(diǎn)上的其他租戶得資源需求得不到滿足，查響應(yīng)時間過長，無法滿足租戶的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)商越來越關(guān)注的問題。本文從用戶實(shí)際存在的需求出發(fā)，針對現(xiàn)有工作存在的不足，對多租戶環(huán)境中的過載問題進(jìn)行了一系列的研究，并提出了資源動態(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)建過程。本文分別定義了三種負(fù)載模型:查詢負(fù)載模型、租戶負(fù)載模型和節(jié)點(diǎn)負(fù)載模型來分別表示查詢、租戶和節(jié)點(diǎn)的負(fù)載。首先根據(jù)查詢的特點(diǎn)構(gòu)建查詢的負(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)。然后基于查詢的負(fù)載模型采用線性累加方法構(gòu)建租戶負(fù)載模型和節(jié)點(diǎn)負(fù)載模型。最后通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了負(fù)載模型的準(zhǔn)確性。
　　2.針對多租戶環(huán)境中不合理的查詢調(diào)度策略

6、造成數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)資源使用不平衡問題，本文提出了基于負(fù)載模型和節(jié)點(diǎn)性能的動態(tài)查詢調(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)時監(jiān)測節(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)簽來標(biāo)記節(jié)點(diǎn)的資源消耗水平。然后采用動態(tài)查詢調(diào)度策略實(shí)時檢測和統(tǒng)計(jì)所有數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)的性能標(biāo)簽，并基于查詢負(fù)載模型和節(jié)點(diǎn)的性能標(biāo)簽，動態(tài)的分配查詢，在租戶副本所在的數(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.針對多租戶環(huán)境中由于租戶叢發(fā)型的工作負(fù)載造成性能危機(jī)的問題，本文提出了一種輕量級的消除節(jié)點(diǎn)性能危機(jī)的負(fù)載均衡機(jī)制。在多租戶數(shù)據(jù)庫環(huán)境中，節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生性能危機(jī)，會使查詢的響應(yīng)時間過長，租戶的SLO違反率過高。本文提出一種通過交換租戶的主副本和輔助副本的角色消除性能危機(jī)的輕量級的負(fù)載均衡機(jī)制。消除性能危機(jī)的原理是租戶具有一個主副本和多個輔助副本，主副本和輔助副本都可以承擔(dān)只讀查詢，但是寫查詢只能在主副本上。因此主副本承擔(dān)的工作負(fù)載要比輔