孫　亮, 陳宏偉

(湖北工業(yè)大學 計算機學院，武漢 430068)

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基于云平臺SLA監(jiān)視的混合制排隊系統(tǒng)

孫亮, 陳宏偉

(湖北工業(yè)大學 計算機學院，武漢 430068)

[摘要]云平臺SLA監(jiān)視是云服務(wù)代理中的一個重要功能。云平臺SLA監(jiān)視涉及三個角色，即云用戶、云服務(wù)代理和云市場，并由云服務(wù)代理完成最終實現(xiàn)云平臺的SLA監(jiān)視功能。在這種情況下，應(yīng)用排隊論來實現(xiàn)SLA監(jiān)視，本文將提出適合SLA監(jiān)視的排隊系統(tǒng)，研究用于云平臺SLA監(jiān)視的混合制排隊系統(tǒng)，最終實現(xiàn)云用戶排隊和云服務(wù)代理處理。

[關(guān)鍵詞]云平臺；云服務(wù)代理；服務(wù)等級協(xié)議；監(jiān)視；排隊論

云平臺SLA管理[1-3]具有比較重要的研究意義，可以通過代理的方式實現(xiàn)，并且涉及到很多管理內(nèi)容，而SLA監(jiān)視[4-5]是其中的一個重要功能。本文正是從幫助優(yōu)化云用戶和云供應(yīng)商之間服務(wù)關(guān)系的云服務(wù)代理出發(fā)，具體研究云服務(wù)代理的體系結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上，將排隊引入到云平臺SLA 監(jiān)視的研究中。

用戶依據(jù)其自身的資源請求，他們需要將服務(wù)需求應(yīng)用于由多個云服務(wù)供應(yīng)商組成的云市場，并通過云平臺SLA監(jiān)視處理這些需求。云平臺需要對 SLA 進行監(jiān)控、評估等管理，并根據(jù)評估結(jié)果對云資源進行優(yōu)化。對云平臺中虛擬資源的分配優(yōu)化管理將會提高服務(wù)的高效性。不同SLA標準的服務(wù)可能提供相同的功能給用戶，SLA的自動化管理就顯得非常重要。考慮到云平臺的SLA管理問題，排隊論[6-7]有利于解決其SLA監(jiān)視問題。

1云平臺的SLA監(jiān)視功能

對于由多個云服務(wù)供應(yīng)商組成的云市場而言，云服務(wù)代理扮演著重要角色，將處理云用戶的資源請求。需要資源的云用戶根據(jù)自己的資源需求向云市場提出服務(wù)申請，云服務(wù)代理會處理這些請求分配處理。

圖 1　云服務(wù)代理的云平臺SLA監(jiān)視模塊

如圖1所示，云服務(wù)代理的云平臺SLA監(jiān)視模塊，利用SLA協(xié)商的博弈方法制定云服務(wù)供應(yīng)商與云用戶之間的SLA文檔，通過分發(fā)，作為云服務(wù)代理SLA性能指標監(jiān)視(包括等待時間、響應(yīng)時間和利用率等)的依據(jù)。

圖 2　云平臺SLA監(jiān)視的工作流程圖

如圖2所示，云平臺SLA監(jiān)視涉及三個角色，即云用戶、云服務(wù)代理和云市場，其中，由云服務(wù)代理完成SLA文檔管理、供應(yīng)與監(jiān)視的工作，最終實現(xiàn)云平臺的SLA監(jiān)視功能，主要包括以下10個步驟。

1)云用戶向云市場發(fā)送SLA供應(yīng)請求，需要SLA供應(yīng)的云用戶根據(jù)自己的需求向云市場提出服務(wù)申請這個過程需要借助于云服務(wù)代理，云服務(wù)代理將處理云用戶的SLA供應(yīng)請求，并最終提交給由多個云服務(wù)供應(yīng)商組成的云市場。

2)云服務(wù)代理的SLA文檔管理功能模塊處理并向SLA供應(yīng)功能模塊轉(zhuǎn)發(fā)該SLA供應(yīng)請求。

3)云服務(wù)代理的SLA供應(yīng)功能模塊向云市場提交SLA供應(yīng)請求。

4)云市場按照云用戶的SLA供應(yīng)請求創(chuàng)建服務(wù)資源，并將該服務(wù)ID通過響應(yīng)報文返回云用戶。

5)云用戶發(fā)送SLA監(jiān)視請求，需要SLA監(jiān)視的云用戶根據(jù)自己的需求向云市場提出服務(wù)申請這個過程需要借助于云服務(wù)代理，云服務(wù)代理將處理云用戶的SLA監(jiān)視請求，并最終提交給由多個云服務(wù)供應(yīng)商組成的云市場。

6)云服務(wù)代理的SLA監(jiān)視功能模塊向云市場提交SLA監(jiān)視請求。

7)云市場按照云用戶的SLA監(jiān)視請求，查詢QoS參數(shù)值，并將QoS參數(shù)值通過響應(yīng)報文返回云用戶。

8)云用戶發(fā)送SLA終止請求，需要SLA終止的云用戶根據(jù)自己的需求向云市場提出服務(wù)申請這個過程需要借助于云服務(wù)代理，云服務(wù)代理將處理云用戶的SLA終止請求，并最終提交給由多個云服務(wù)供應(yīng)商組成的云市場。

9)云服務(wù)代理的SLA文檔管理功能模塊處理并向云市場提交終止SLA請求。

10)云市場按照云用戶的SLA終止請求，釋放服務(wù)資源，并發(fā)送響應(yīng)報文，最終終止SLA。

在如圖2所示的云平臺SLA監(jiān)視的工作流程中，有限的云服務(wù)代理要處理大量云用戶對云市場中云服務(wù)供應(yīng)商的服務(wù)請求，必須解決云用戶排隊和云服務(wù)代理處理問題。因此，考慮應(yīng)用排隊論，提出適合SLA監(jiān)視的排隊系統(tǒng)，研究用于云平臺SLA監(jiān)視的排隊系統(tǒng)，實現(xiàn)云用戶排隊和云服務(wù)代理處理。

2云平臺SLA監(jiān)視的混合制排隊系統(tǒng)

作為一門學科，排隊論研究系統(tǒng)由于隨機因素的干擾而出現(xiàn)排隊現(xiàn)象的規(guī)律，簡而言之，研究服務(wù)系統(tǒng)中排隊現(xiàn)象隨機規(guī)律。目前，排隊論已經(jīng)應(yīng)用于云平臺、計算機網(wǎng)絡(luò)等資源共享的隨機服務(wù)系統(tǒng)，可以用于研究解決云平臺的SLA管理體系結(jié)構(gòu)中的SLA監(jiān)視問題。

在如圖1所示的云服務(wù)代理的云平臺SLA監(jiān)視模塊與如圖2所示的云平臺SLA監(jiān)視的工作流程的基礎(chǔ)之上，應(yīng)用排隊論，圖3給出用于云平臺SLA監(jiān)視的排隊系統(tǒng)，實現(xiàn)云用戶排隊和云服務(wù)代理處理。

圖 3　用于云平臺SLA監(jiān)視的排隊系統(tǒng)

對于如圖3所示的排隊系統(tǒng)而言，它包括三個組成部分：

1)輸入過程：具體指的是云用戶請求資源的規(guī)律性。例如，云用戶可能是有限的，也可能是無限的，或者云用戶請求資源可能是相互獨立的，也可能是相互關(guān)聯(lián)的。

2)排隊規(guī)則：具體指的是到達此排隊系統(tǒng)的云用戶將按照怎樣的規(guī)則排隊，以等待云服務(wù)代理處理。

3)服務(wù)過程：具體包括云服務(wù)代理的服務(wù)機構(gòu)和服務(wù)規(guī)則兩部分。對于云服務(wù)代理的服務(wù)機構(gòu)而言，主要有單個云服務(wù)代理、多個云服務(wù)代理并聯(lián)(每個云服務(wù)代理同時為不同云用戶服務(wù))和多個云服務(wù)代理串聯(lián)(多個云服務(wù)代理依次為同一云用戶服務(wù))等類型。

為了實現(xiàn)云平臺SLA監(jiān)視，當云用戶的排隊規(guī)則是混合制時，即云用戶到達時，如果所有的云服務(wù)代理均在處理中，云用戶既有等待也有損失，提出的混合制排隊系統(tǒng)采用：

1)多個云服務(wù)代理并聯(lián)(每個云服務(wù)代理同時為不同云用戶服務(wù))類型

2)先來先服務(wù)規(guī)則

由于云平臺SLA監(jiān)視的混合制排隊系統(tǒng)有n個云服務(wù)代理，而系統(tǒng)空間為H，當云用戶采用混合制排隊規(guī)則時，有

(1)

(2)

如果云平臺SLA監(jiān)視的混合制排隊系統(tǒng)達到平穩(wěn)狀態(tài)后隊長的概率分布記為ph，有

(3)

其中

(4)

在此基礎(chǔ)上，可求得云平臺SLA監(jiān)視的混合制排隊系統(tǒng)的平均排隊長Lq如下

(5)

另外，還可求得云平臺SLA監(jiān)視的混合制排隊系統(tǒng)的平均隊長Ls如下

(6)

最后，利用Little公式求得云平臺SLA監(jiān)視的混合制排隊系統(tǒng)的平均逗留時間Ws和平均等待時間Wq如下

(7)

(8)

3仿真結(jié)果分析

為了驗證提出的用于云平臺SLA監(jiān)視的排隊系統(tǒng)，假定一個封閉網(wǎng)絡(luò)，1個任務(wù)類(記作Class 1)，以及Class 1中的10個節(jié)點(記作Node no.1-10)。當云用戶需要請求資源等待云服務(wù)代理處理時，云服務(wù)代理資源池使用Node no.1(服務(wù)速率設(shè)為4.0任務(wù)/分鐘) 平均地將服務(wù)進程分配給Node no.2-10。當Class 1有500個任務(wù)，Node no.3-10的服務(wù)速率都是0.4任務(wù)時，考慮Node no.2采用不同的服務(wù)速率(從0.1到1.0、增幅為0.1)時, Node no.2的等待時間、響應(yīng)時間和網(wǎng)絡(luò)吞吐量將相應(yīng)地發(fā)生變化，分別如圖4至圖6所示。

圖 4　Node no.2服務(wù)速率對其自身等待時間的影響

圖 5　Node no.2服務(wù)速率對其自身響應(yīng)時間的影響

圖 6　Node no.2服務(wù)速率對其自身網(wǎng)絡(luò)吞吐量的影響

4結(jié)束語

本文給出云服務(wù)代理的云平臺SLA監(jiān)視模塊與云平臺SLA監(jiān)視的工作流程，并在此基礎(chǔ)之上，應(yīng)用排隊論，給出用于云平臺SLA監(jiān)視的排隊系統(tǒng)，實現(xiàn)云用戶排隊和云服務(wù)代理處理。為了實現(xiàn)云平臺SLA監(jiān)視，提出的排隊系統(tǒng)采用多個云服務(wù)代理并聯(lián)類型和先來先服務(wù)規(guī)則，通過對云用戶的到來和服務(wù)時間進行統(tǒng)計研究，提出的適合SLA監(jiān)視的排隊系統(tǒng)有利于描述云用戶排隊和云服務(wù)代理處理的這一排隊系統(tǒng)，最終實現(xiàn)云平臺SLA性能指標監(jiān)視。

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[責任編校： 張巖芳]

A Mixed Queuing System of SLA Monitoring Based on Cloud Platform

SUN Liang，CHEN Hongwei

(SchoolofComputerScience,HubeiUniv.ofTech.,Wuhan430068,China)

Abstract：The SLA monitoring based on cloud platform is an important function of cloud service brokers. In this paper, SLA monitoring involves three roles, namely cloud users, cloud services and cloud market brokers, and the cloud service brokers completes the final cloud platform SLA monitoring function. In this case，application of queuing theory achieves SLA monitoring. This paper will propose a queuing system for SLA monitoring, research a mixed queuing system for cloud platform SLA monitoring, which ultimately achieves the queuing of cloud users and the process of cloud service brokers.

Keywords：cloud computing；cloud service broker；Service Level Agreement； Monitoring；queuing theory

[中圖分類號]TP393.028

[文獻標識碼]：A

[文章編號]1003-4684(2016)01-0067-04

[作者簡介]孫亮(1990-)， 男， 湖北洪湖人，湖北工業(yè)大學碩士研究生，研究方向為云計算[通訊作者] 陳宏偉(1975-)，男，湖北武漢人，工學博士，湖北工業(yè)大學教授，研究方向為云計算

[基金項目]國家自然科學基金(61170135，61202287，61440024)，湖北省自然科學基金(2013CFB020)

[收稿日期]2015-04-23