張才俊，于喻，吳杏平，唐文升，孫德艷

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并行計算也稱平行計算，是相對于串行計算制度而存在的。該項應(yīng)用技術(shù)能夠在同一時間內(nèi)執(zhí)行多個指令算法，其目的在于提高數(shù)據(jù)參量的實際計算速度，在擴大問題求解規(guī)模的同時，解決各類復(fù)雜的計算問題。所謂并行可解釋為“空間上的并行”、“時間上的并行”兩部分，前者是指利用多個處理器設(shè)備進行并發(fā)式的執(zhí)行計算，而后者則是指一系列連貫的流水化數(shù)據(jù)計算任務(wù)[1]。在獨立的應(yīng)用系統(tǒng)環(huán)境中，并行計算技術(shù)可以以某種方式，將多臺計算機設(shè)備組成一個完整的集群組織，且隨著該項技術(shù)手段的應(yīng)用，集群內(nèi)完成處理的數(shù)據(jù)參量可直接反饋回用戶主機內(nèi)部。

系統(tǒng)日志能夠準(zhǔn)確記錄系統(tǒng)在運行過程中所發(fā)生的各項軟硬件執(zhí)行問題，同時還能對系統(tǒng)中可能發(fā)生的事件進行監(jiān)視[2]。一般情況下，用戶主機可根據(jù)錯誤發(fā)生原因，尋找攻擊文件在攻擊過程中留下的信息痕跡。傳統(tǒng)分布式采集策略為獲取大量的系統(tǒng)運行日志，需要在軟件技術(shù)手段的支持下，對日志信息所屬格式進行定義，再針對網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品的局限性問題展開深入研究。然而此方法并不能完全滿足日志服務(wù)的可擴展性需求，易導(dǎo)致系統(tǒng)運行環(huán)境穩(wěn)定性水平的下降。為解決此問題，引入并行計算技術(shù)，設(shè)計一種新型系統(tǒng)運行日志采集方法，通過選定性能指標(biāo)的方式，確定線程任務(wù)的并行量數(shù)值，再聯(lián)合異構(gòu)體的可移植性能力，計算日志數(shù)據(jù)的實際采集量水平。

1 通用并行計算技術(shù)

通用并行計算技術(shù)研究由性能指標(biāo)選定、線程任務(wù)并行量確定、異構(gòu)體可移植性分析3 個步驟組成，具體研究過程如下。

1.1 性能指標(biāo)選定

性能指標(biāo)能夠描述系統(tǒng)運行日志在單位時間內(nèi)的傳輸數(shù)值量水平。一般情況下，該項物理量能夠決定系統(tǒng)在未來一段時間內(nèi)的實際工作能力，且由于并行計算原理在數(shù)值方面的真實約束性，最終所選定的性能指標(biāo)基本能夠完全滿足系統(tǒng)日志的實際運行需求[3-4]。設(shè)代表系統(tǒng)運行日志在單位時間內(nèi)的通行輸入量均值，χ0代表指標(biāo)參量的下限采集權(quán)限，χ1代表指標(biāo)參量的上限采集權(quán)限，β代表基于并行計算原理的日志數(shù)據(jù)傳輸判處條件，聯(lián)立上述物理量，可將系統(tǒng)運行日志的性能指標(biāo)選定結(jié)果表示為：

式中，Rmin代表系統(tǒng)運行日志的最小特征值，Rmax代表系統(tǒng)運行日志的最大特征值，e1、e2分別代表兩個不同的日志數(shù)據(jù)并行處理參量。

1.2 線程任務(wù)并行量確定

在完成性能指標(biāo)選定后，并行計算的線程任務(wù)并沒有完全結(jié)束，而是有一部分任務(wù)以單線程的形式在系統(tǒng)CPU 運行核心上繼續(xù)傳輸，當(dāng)線程消耗量達(dá)到理想數(shù)值標(biāo)準(zhǔn)后，才能收獲最終的并行量計算數(shù)值[5]。常規(guī)的CPU 運行核心元件中至少包含4個處理器設(shè)備，且隨著線程任務(wù)并行量數(shù)值的增加，待采集的系統(tǒng)運行日志量也會逐漸增大，但二者之間的數(shù)值配比關(guān)系始終滿足日志數(shù)據(jù)加速比定律[6-7]。設(shè)α0代表線程任務(wù)的最小單向傳輸系數(shù)，α1代表線程任務(wù)的最大單向傳輸系數(shù)，在上述物理量的支持下，聯(lián)立式（1），可將線程任務(wù)的并行量計算結(jié)果表示為：

其中，λ代表與系統(tǒng)運行日志數(shù)據(jù)相關(guān)的單線程傳輸系數(shù)，W代表日志數(shù)據(jù)特征值，w代表參量W的補充說明條件，Y代表日志數(shù)據(jù)采集權(quán)限值，y代表參量Y的補充說明條件，代表單位時間內(nèi)的日志數(shù)據(jù)并行處理系數(shù)。

1.3 異構(gòu)體可移植性分析

異構(gòu)體的存在不僅方便了并行計算技術(shù)的應(yīng)用，也為系統(tǒng)運行日志數(shù)據(jù)采集提供了大量的可參考節(jié)點。由于線程任務(wù)并行量在單位時間內(nèi)始終保持不斷增加的數(shù)值變化趨勢，因此日志數(shù)據(jù)異構(gòu)體必須具備較強的可移植性能力。根據(jù)已選定的性能指標(biāo)，對線程任務(wù)并行量進行精準(zhǔn)計算，再通過判定系統(tǒng)運行日志采集量的方式，實現(xiàn)對異構(gòu)體可移植性能力的判別與感知[8-9]。假設(shè)代表單位時間內(nèi)系統(tǒng)運行日志數(shù)據(jù)異構(gòu)體的最小采集規(guī)模系數(shù)，代表單位時間內(nèi)系統(tǒng)運行日志數(shù)據(jù)異構(gòu)體的最大采集規(guī)模系數(shù)，σ代表冪次項并行處理指標(biāo)，在上述物理量的支持下，聯(lián)立式（2），可將并行數(shù)據(jù)的異構(gòu)體可移植性能力定義為：

式中，φ代表日志數(shù)據(jù)的線程任務(wù)定義系數(shù)，D代表單位時間內(nèi)的系統(tǒng)日志采集運行指標(biāo)，f代表信息參量的并行計算權(quán)限值，代表日志量運行采集均值。

2 系統(tǒng)運行日志采集方法

2.1 日志采集框架

日志采集框架能夠在并行計算原理的作用下，提取系統(tǒng)內(nèi)處于運行傳輸狀態(tài)的日志文件，并借助相關(guān)傳輸信道，將這些信息參量反饋至相關(guān)客戶端主機之中。在系統(tǒng)運行環(huán)境中，日志文件始終具有多種源類型存儲形式，其中一部分源類型文件能夠?qū)θ罩緮?shù)據(jù)起到傳輸支配的作用，也有一部分源類型文件則能夠幫助系統(tǒng)準(zhǔn)確掌握日志數(shù)據(jù)連接與存儲方式[10-11]。隨著日志采集指令的實施，并行數(shù)據(jù)源只能以創(chuàng)建流的形式在系統(tǒng)環(huán)境中傳輸，且隨著采集任務(wù)的形成，最終采集到的日志數(shù)據(jù)信息始終具備較強的傳輸感知能力，直至形成獨立的信息采集流文件后，系統(tǒng)才會在既定時間內(nèi)達(dá)到理想化的數(shù)據(jù)并行計算水平標(biāo)準(zhǔn)[12]。日志采集框架結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 日志采集框架結(jié)構(gòu)圖

2.2 AQM分類器

AQM 分類器負(fù)責(zé)采集系統(tǒng)環(huán)境中的各項運行日志數(shù)據(jù)，并可在并行計算原理的作用下，對這些數(shù)據(jù)信息進行精準(zhǔn)區(qū)分，從而避免源類型數(shù)據(jù)對日志文件造成的干擾影響[13]。AQM 分類主機直接作用于日志采集源，可借助采集通道，對這些傳輸信息進行標(biāo)記處理，再將其反饋至存儲數(shù)據(jù)庫、并行數(shù)據(jù)樣本等多個物理信息空間中。由于并行計算原理的存在，AQM 分類主機能夠準(zhǔn)確掌握日志數(shù)據(jù)源的實際傳輸需求，并可在不違背系統(tǒng)運行需求的情況下，對日志數(shù)據(jù)文件進行目的性整合處理，從而實現(xiàn)對信息數(shù)據(jù)參量的按需采集與調(diào)取利用[14]。AQM 分類器結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 AQM分類器結(jié)構(gòu)示意圖

2.3 采集量計算

采集量計算是系統(tǒng)運行日志采集方法設(shè)計的末尾處理環(huán)節(jié)，可在已知并行計算需求的前提下，將日志數(shù)據(jù)整合成多個完全獨立的存儲形式，并將這些物理信息量分別反饋至相關(guān)的設(shè)備應(yīng)用結(jié)構(gòu)體之中。在不考慮其他干擾條件的情況下，日志采集量計算結(jié)果只受數(shù)據(jù)并行指標(biāo)表現(xiàn)量的直接影響[15-16]。一般情況下，數(shù)據(jù)并行指標(biāo)表現(xiàn)量由最大值、最小值兩部分組成。其中，數(shù)據(jù)并行指標(biāo)表現(xiàn)量最大值為ψmax、數(shù)據(jù)并行指標(biāo)表現(xiàn)量最小值為ψmin，兩者的物理差值水平越大，最終計算所得的采集量數(shù)值也就越大，反之則越小。在上述物理量的支持下，聯(lián)立式（3），可將日志采集量計算結(jié)果表示為：

其中，代表日志信息量反饋系數(shù)，代表既定數(shù)據(jù)采集指標(biāo)，b1、b2分別代表兩個不同的系統(tǒng)運行標(biāo)準(zhǔn)項系數(shù)。至此，實現(xiàn)各項系統(tǒng)應(yīng)用指標(biāo)的計算與處理，在并行計算原理的支持下，完成系統(tǒng)運行日志采集方法的設(shè)計[17]。

3 對比實驗分析

為驗證基于并行計算系統(tǒng)運行日志采集方法的實際采集性能，進行仿真對比實驗驗證。日志文件采集環(huán)境如圖3 所示。

在圖3 所示的采集環(huán)境中，將文中方法與傳統(tǒng)方法的運行主機分別與采集主機設(shè)備的接口相連。

圖3 日志文件采集環(huán)境

QTR 與WEP 指標(biāo)的數(shù)值越大，說明采集方法的采集性能越強，對于系統(tǒng)運行日志的采集能力越強，能夠保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。QTR 指標(biāo)數(shù)值對比結(jié)果如表1 所示。

從表1 的實驗結(jié)果中可以看出，在實驗時間不斷增加的情況下，文中方法與傳統(tǒng)方法的QTR 指標(biāo)數(shù)值均呈現(xiàn)出持續(xù)上升的趨勢。但是，文中方法的QTR 指標(biāo)數(shù)值始終高于傳統(tǒng)方法，其最高達(dá)到85.6%，傳統(tǒng)方法的QTR 指標(biāo)數(shù)值最高僅為36.5%。

表1 QTR指標(biāo)數(shù)值對比結(jié)果

文中方法與傳統(tǒng)方法的WEP 指標(biāo)數(shù)值對比結(jié)果如表2 所示。

表2 WEP指標(biāo)數(shù)值對比結(jié)果

從表2 中可以明顯看出，文中方法的WEP 指標(biāo)數(shù)值從實驗開始初期不斷增加，從35 min 開始穩(wěn)定在74.5%，而傳統(tǒng)方法的WEP 指標(biāo)數(shù)值從實驗開始至結(jié)束一直呈現(xiàn)出不斷下降的趨勢，最終結(jié)果下降到39.8%。

通過表1 與表2 的對比驗證，相較于傳統(tǒng)方法，文中方法的QTR 與WEP 指標(biāo)數(shù)值顯著增加，說明文中方法的采集性能更優(yōu)。

綜上可知，應(yīng)用基于并行計算系統(tǒng)運行日志采集方法后，QTR 指標(biāo)、WEP 指標(biāo)均出現(xiàn)了一定程度的數(shù)值上升變化趨勢，能夠較好滿足運行系統(tǒng)對于日志服務(wù)可擴展性的實際應(yīng)用需求。

4 結(jié)束語

在并行計算原理的支持下，新型系統(tǒng)運行日志采集方法可通過選定性能指標(biāo)的方式，確定異構(gòu)體數(shù)據(jù)的可移植性能力，再聯(lián)合日志采集框架與AQM分類器，實現(xiàn)對日志文件采集量的精準(zhǔn)計算。從實用性角度來看，QTR 指標(biāo)數(shù)值與WEP 指標(biāo)數(shù)值的提升，能夠較好滿足日志服務(wù)的可擴展性需求，進而對系統(tǒng)運行環(huán)境進行維系與完善。