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

1、隨著云計算的廣泛普及，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展性優(yōu)勢，基于其開展應(yīng)用性能優(yōu)化機制研究具有重要的學術(shù)意義和應(yīng)用前景。
　　基礎(chǔ)設(shè)施云所涉及的復雜資源管理機制及其與生俱來的高動態(tài)特征給應(yīng)用性能優(yōu)化帶來了巨大挑戰(zhàn)。首先，虛擬機作為封裝應(yīng)用的基本容器，其較慢的創(chuàng)建速度嚴重損害了應(yīng)用部署和擴展效率，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、機對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)化機制失效；再次，云的高度動態(tài)性增加了應(yīng)用性能評測難度，傳統(tǒng)的評測機制無法有效應(yīng)對這種特性，評測結(jié)果錯誤率較高，從而使得無法高效和準確地優(yōu)化應(yīng)用性能。
　　針對上述挑戰(zhàn)，面向多虛擬機應(yīng)用的基礎(chǔ)設(shè)施云服務(wù)性能優(yōu)化機制研究從多虛擬機應(yīng)用的性能需求、性能公平性需求、性能評估需求等方面入

3、手，通過擴展應(yīng)用鏡像格式和存儲方式、構(gòu)建應(yīng)用公平性模型和用戶行為模型、增強虛擬機部署和調(diào)度效率等方法，從多角度深入論述了多虛擬機應(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)用快速部署和自動擴容機制：通過將“寫復制”的增量技術(shù)引入到虛擬機創(chuàng)建過程，消除了虛擬機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虛擬機并行創(chuàng)建時的數(shù)據(jù)傳輸量，有效提高多虛擬機應(yīng)用

4、的創(chuàng)建效率。引入一種自動化擴容方法，采用對用戶透明的擴容框架和靈活的擴容規(guī)則，有效提高了應(yīng)用擴容的及時性和自動化程度。通過與傳統(tǒng)的應(yīng)用部署方法和擴容策略進行比較，結(jié)果證實提出的優(yōu)化機制將虛擬機的部署時間縮減至低于5秒，將應(yīng)用的寫性能提高了24％－38%，相對于其他機制將性能退化降低了13%－17%。
　　2.一種基于區(qū)域存儲的應(yīng)用鏡像組織管理機制：將數(shù)據(jù)緩存技術(shù)引入虛擬機鏡像，增加了鏡像格式的靈活性。進一步提出分層的鏡像存儲方法，

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)域存儲機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現(xiàn)區(qū)域存儲。同時，提出了一種機制友好的應(yīng)用虛擬機放置方法，顯著提高了區(qū)域存儲內(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行比較，結(jié)果表明，所提出的機制在一般情況下將應(yīng)用性能提高了100%，并在采用機制友好的虛擬機部署策略時將應(yīng)用性能提高了10倍以上。同時，機制的可擴展性和可用性也在多種情

6、景下得到了驗證。
　　3.一種基于虛擬機調(diào)度的應(yīng)用性能公平性保障機制：通過對傳統(tǒng)帶寬公平保障機制的分析，構(gòu)建了面向響應(yīng)時間的性能指標，構(gòu)建了應(yīng)用性能公平性模型?？紤]多虛擬機應(yīng)用的事務(wù)復雜性，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應(yīng)用的問題?；诠叫阅Ｐ?，提出了一種通過虛擬機調(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，并改善虛擬機的放置位置，以最大程度提高公平性指標。實驗結(jié)果表明，基于虛擬

7、機調(diào)度的應(yīng)用性能公平性保障機制將應(yīng)用性能公平性程度提高了26.5%－52.8%，同時避免了應(yīng)用性能的下滑。
　　4.一種基于用戶行為模型的應(yīng)用性能自動化評估機制：通過對傳統(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?；谠撝貥?gòu)策略，給出了模型自動化轉(zhuǎn)化方法，能夠及時高效得到改進的用戶行為模型。同時，根據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施云架構(gòu)和應(yīng)用架構(gòu)提出了一種自動化性能評估框架。該框架有效避免了由基礎(chǔ)設(shè)施云的高動態(tài)性和多虛擬機應(yīng)用的高擴展性

8、所導致的人工評測效率顯著下降的問題。通過與傳統(tǒng)性能評估方法比較，實驗結(jié)果表明，所提出的應(yīng)用性能評估方法與基于傳統(tǒng)用戶行為模型的方法相比，將評估錯誤率降低了50%，并且實現(xiàn)了評估過程的自動化。
　　上述機制和方法貫穿于多虛擬機應(yīng)用性能優(yōu)化的各個方面。既包括對虛擬機結(jié)構(gòu)、部署策略、擴容機制的研究，又包括對應(yīng)用性能公平模型、用戶行為模型的設(shè)計。這些研究結(jié)合真實云環(huán)境中的主流機制以及學術(shù)界公認的優(yōu)化機制進行了大量實驗驗證，結(jié)果證實所提出的