方 圓，李 明，王 萍

（國(guó)網(wǎng)安徽省電力公司信息通信分公司安徽合肥230001）

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)用戶規(guī)模及其帶動(dòng)的數(shù)據(jù)資源業(yè)務(wù)規(guī)模在不斷擴(kuò)大[1-3]。虛擬資源作為連接數(shù)據(jù)庫(kù)的程序編程語(yǔ)言而成的信息資源，在互聯(lián)網(wǎng)金融價(jià)值中具有重要的意義[4]，其價(jià)值的可利用性使得虛擬資源安全管理成為共享模式的關(guān)鍵技術(shù)之一[5]。由于虛擬資源集成了跨區(qū)域的共享物理網(wǎng)絡(luò)資源[6]，建立高效并安全可靠的共享虛擬資源平臺(tái)日漸成為資源分配機(jī)制所面臨的挑戰(zhàn)。本研究以三段式共享模式為主線，從資源的使用過(guò)程到分享過(guò)程分析了共享云系統(tǒng)、用戶和共享虛擬資源三者之間的邏輯關(guān)系。用戶閑置資源搭建共享使用權(quán)來(lái)提高資源的使用率，通過(guò)建立共享模式下的服務(wù)性能指標(biāo)構(gòu)造出滿足虛擬資源共享排隊(duì)模型，該模型重點(diǎn)分析了用戶資源請(qǐng)求率到虛擬資源輸出過(guò)程中的排隊(duì)請(qǐng)求緩沖池參數(shù)對(duì)服務(wù)性能的影響。

1 虛擬資源共享建模

1.1 系統(tǒng)建模

目前關(guān)于排隊(duì)論的虛擬資源主流共享模式可分為兩種類(lèi)型，一種是三段式結(jié)構(gòu)[7]，另外一種是P2P結(jié)構(gòu)[8]。虛擬資源主流共享模式中的P2P模式中，節(jié)點(diǎn)同節(jié)點(diǎn)之間是相互等價(jià)的，節(jié)點(diǎn)可以同時(shí)作為虛擬資源共享的提供者，也可以作為被共享虛擬資源的使用者。虛擬資源主流共享模式中的三段式結(jié)構(gòu)模式中，可以將節(jié)點(diǎn)視為虛擬資源發(fā)布的客戶端，服務(wù)端口，接收資源訂閱端口等。從整體的結(jié)構(gòu)來(lái)看，P2P實(shí)際上是三段式框架結(jié)構(gòu)的一種特殊的形式。因此我們?cè)跇?gòu)建關(guān)于虛擬資源共享模式的同時(shí)還需要著重借鑒經(jīng)典的三段式結(jié)構(gòu)。在虛擬資源的共享結(jié)構(gòu)中最為主要的步驟可分為兩個(gè)部分，主要為共享虛擬資源的使用過(guò)程以及共享虛擬資源的分享過(guò)程。關(guān)于虛擬資源共享模式的系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 虛擬資源共享模式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.2 共享模式

在虛擬資源共享模式下，可以將整個(gè)共享的系統(tǒng)劃分為4個(gè)部分，即包括虛擬共享資源的云端系統(tǒng)，共享的虛擬資源，接收共享資源并使用服務(wù)的用戶，主動(dòng)提供虛擬資源共享的資源提供方[9]，虛擬共享資源的云端系統(tǒng)負(fù)責(zé)的主要是對(duì)用戶的數(shù)據(jù)請(qǐng)求以及共享的資源調(diào)度問(wèn)題進(jìn)行處理，用戶可以通過(guò)虛擬共享資源的云端系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)于服務(wù)的貢獻(xiàn)與請(qǐng)求[10]。當(dāng)存在一方的用戶出現(xiàn)資源閑置時(shí)，可以通過(guò)虛擬資源共享的方式實(shí)現(xiàn)資源的利用率的提高，與此同時(shí)創(chuàng)造的價(jià)值以及共享資源的總量都會(huì)提高，共享模式響應(yīng)流程如圖2所示。

圖2 共享模式響應(yīng)流程

2 共享模式排隊(duì)論

2.1 排隊(duì)論性能指標(biāo)

從排隊(duì)論的理論上來(lái)說(shuō)，關(guān)于虛擬資源共享模式的研究，可以歸結(jié)于對(duì)于其模式性能的分析與研究，用戶在這種模式中通過(guò)利用共享的虛擬資源實(shí)現(xiàn)整個(gè)享受服務(wù)的過(guò)程，在這個(gè)過(guò)程中用戶需要排隊(duì)，在整個(gè)享受服務(wù)的過(guò)程中實(shí)際是接受共享的資源，在這樣的過(guò)程中，用戶體驗(yàn)到的服務(wù)越多，共享出的服務(wù)即資源也會(huì)越多，因此可以講排隊(duì)享受共享虛擬資源的過(guò)程視作一個(gè)服務(wù)端口的數(shù)量按照某種特定的規(guī)律實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定增長(zhǎng)的排隊(duì)論問(wèn)題[11]。而在物質(zhì)資源共享的情況下，有時(shí)會(huì)還會(huì)因?yàn)榈赜虿町惗嬖谝欢ǖ姆秩夯F(xiàn)象。在排隊(duì)論中也存在一些性能指標(biāo)，下面將加以說(shuō)明：

1）繁忙率，即系統(tǒng)繁忙的概率?？衫眉磿r(shí)處理的請(qǐng)求服務(wù)數(shù)量與客戶發(fā)起的總請(qǐng)求數(shù)之比來(lái)表示[12]，繁忙率能夠表示有效服務(wù)的效率，當(dāng)繁忙率過(guò)高時(shí)，則會(huì)出現(xiàn)系統(tǒng)有效服務(wù)率效率較低的情況，造成未被服務(wù)的客戶流失。

2）隊(duì)長(zhǎng)，指系統(tǒng)中由客戶發(fā)出的請(qǐng)求緩沖池的平均等待數(shù)量[13]，隊(duì)長(zhǎng)的指標(biāo)主要用于衡量客戶請(qǐng)求及時(shí)處理效率的重要指標(biāo)。

3）時(shí)長(zhǎng)，即系統(tǒng)中由客戶發(fā)出的請(qǐng)求需要等待處理的平均等待時(shí)長(zhǎng)。

4）損失率，即用戶發(fā)出的服務(wù)請(qǐng)求超出請(qǐng)求緩沖池的大小的數(shù)量與總用戶數(shù)量之比[14]，主要用于衡量系統(tǒng)的有效服務(wù)性。

為了更直觀的表現(xiàn)共享模式下的服務(wù)性指標(biāo)，具體的參數(shù)符號(hào)如表1所示。

表1 參數(shù)符號(hào)

2.2 共享模式理論

關(guān)于排隊(duì)論下的虛擬性資源共享模式理論模型如下圖所示，客戶的請(qǐng)求以到達(dá)率λ的指數(shù)分布到達(dá)，設(shè)定系統(tǒng)的請(qǐng)求緩沖池容量為N，在客戶完成服務(wù)接收資源后，則會(huì)出現(xiàn)一定比例的用戶貢獻(xiàn)資源，使得整體的服務(wù)資源呈現(xiàn)出動(dòng)態(tài)增加的態(tài)勢(shì)。這與往常的排隊(duì)論模型以及云計(jì)算資源池模型[15]是不同的，傳統(tǒng)的模型中共享資源的數(shù)量是既定的，并不會(huì)共享情景的變化而變化，不能很好的貼近現(xiàn)實(shí)生活中的共享資源實(shí)際情況。共享資源模式的模型如圖3所示。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖3 虛擬資源共享模式循環(huán)流程

通過(guò)對(duì)排隊(duì)論的介紹，本文將對(duì)排隊(duì)的過(guò)程進(jìn)行模擬。本文所介紹的虛擬資源排隊(duì)共享的模型盡管是一個(gè)動(dòng)態(tài)的模型，但參照來(lái)源于排隊(duì)論的模型，同時(shí)還需要對(duì)排隊(duì)論中的指標(biāo)性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。相對(duì)每一次模擬得到的指標(biāo)都只是一次性模擬的排隊(duì)過(guò)程，客戶的抵達(dá)時(shí)間節(jié)點(diǎn)以及資源利用狀況都存在一定的隨機(jī)性，因此每次模擬的輸出結(jié)果都會(huì)存在一定的隨機(jī)性，由此會(huì)產(chǎn)生一定的差別。為了使研究的結(jié)果更加精確，本文將分情況對(duì)每種情況下的排隊(duì)過(guò)程進(jìn)行了模擬，并對(duì)輸出指標(biāo)的均值輸出結(jié)果加以分析。對(duì)排隊(duì)過(guò)程模擬后得出的各項(xiàng)指標(biāo)仿真1 000次后的均值如表2所示。

表2 共享模式仿真均值

由表2可見(jiàn)，每個(gè)客戶的抵達(dá)時(shí)間階段呈現(xiàn)平穩(wěn)增加的趨勢(shì)即基本滿足負(fù)指數(shù)分布；另外，在共享資源系統(tǒng)運(yùn)行的前期，用于共享的資源總數(shù)較少，而用戶的逐漸到達(dá)之后，客戶的等待時(shí)長(zhǎng)以及逗留時(shí)長(zhǎng)同系統(tǒng)內(nèi)排隊(duì)總?cè)藬?shù)呈現(xiàn)明顯的上升趨勢(shì)，同時(shí)還存在等待人數(shù)過(guò)多造成的用戶流失現(xiàn)象。參與到共享系統(tǒng)的客戶越多，客戶分享的資源也在不斷的增加，共享系統(tǒng)內(nèi)的資源不斷上升最后趨于穩(wěn)定，而后整個(gè)系統(tǒng)趨于改善，排隊(duì)的逗留的總?cè)藬?shù)也越來(lái)越少，系統(tǒng)的服務(wù)效率也得以不斷提高。

同樣根據(jù)表2的仿真結(jié)果，可以得到以下結(jié)論：

1）系統(tǒng)內(nèi)客戶總數(shù)持續(xù)增加時(shí)，服務(wù)網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)效率以及服務(wù)能力都得到了改善，即在虛擬資源共享率以及客戶到達(dá)率等前提條件不變的情況下，隨著抵達(dá)用戶數(shù)量的增加，虛擬資源共享系統(tǒng)的性能會(huì)逐漸得到改善；

2）系統(tǒng)內(nèi)客戶抵達(dá)率不斷增大時(shí)，整個(gè)共享系統(tǒng)的運(yùn)作效率都在下降，服務(wù)效率以及服務(wù)能力都存在明顯變差的情況，這與傳統(tǒng)的排隊(duì)模型類(lèi)似；

3）系統(tǒng)內(nèi)客戶的共享率逐漸增大時(shí)，服務(wù)效率以及服務(wù)能力都存在明顯改善，客戶的共享率增加使得系統(tǒng)內(nèi)的資源增長(zhǎng)速度加快，共享系統(tǒng)的服務(wù)能力以及效率迅速改善；

4）當(dāng)客戶的數(shù)量以及用戶的抵達(dá)率等指標(biāo)出現(xiàn)等比例增加的情況時(shí)，即仿真次數(shù)足夠多，整個(gè)共享系統(tǒng)的運(yùn)作效率都在下降，服務(wù)效率以及服務(wù)能力均變差，客戶流失率增長(zhǎng)的尤為明顯。在客戶到達(dá)率很高的情況下，資源短缺會(huì)造成用戶大量流失。

5）當(dāng)系統(tǒng)的起始階段增加資源投入時(shí)，共享資源系統(tǒng)的服務(wù)能力及效率明顯改善，也就這說(shuō)明在資源得到足夠保障時(shí)，能夠促進(jìn)用戶的體驗(yàn)，提供更好的服務(wù)，從而促進(jìn)良性循環(huán)，進(jìn)而改善系統(tǒng)性能。

4 結(jié) 論

本研究給出了共享模式下的虛擬資源從用戶請(qǐng)求到資源輸出的安全性系統(tǒng)設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)利用排隊(duì)理論分析了共享模式性能指標(biāo)，通過(guò)調(diào)整參數(shù)型輸入得到不同情況下的服務(wù)型輸出。結(jié)合共享云系統(tǒng)、用戶和共享虛擬資源三者之間的邏輯關(guān)系，可保證了共享模式響應(yīng)流程的安全性。實(shí)驗(yàn)仿真結(jié)果表明，采用排隊(duì)論的方式可準(zhǔn)確的模擬用戶實(shí)際操作與虛擬資源輸出之間的情形，對(duì)虛擬資源共享模式的安全性得到了一些具有參考性結(jié)論。下一步研究將從虛擬資源安全性研究方法拓展到信息資源的存儲(chǔ)以及傳輸?shù)雀鼜?fù)雜的網(wǎng)絡(luò)過(guò)程。

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