云計(jì)算數(shù)據(jù)中心結(jié)構(gòu)及其調(diào)度機(jī)制研究.pdf

1、自云計(jì)算出現(xiàn)以來，經(jīng)過科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，經(jīng)過學(xué)術(shù)界與產(chǎn)業(yè)界的不斷推進(jìn)，云計(jì)算的應(yīng)用正不斷發(fā)展和深入，云計(jì)算也正在從理論走向?qū)嵺`。
　　 隨著云計(jì)算技術(shù)的不斷成熟，數(shù)據(jù)中心也隨之發(fā)展。今天的數(shù)據(jù)中心已經(jīng)不只是一個(gè)簡單的服務(wù)器統(tǒng)一托管、維護(hù)的場所，它已經(jīng)衍變成一個(gè)集大數(shù)據(jù)量運(yùn)算和存儲為一體的高性能計(jì)算機(jī)的集中地。云計(jì)算數(shù)據(jù)中心涉及十萬百萬規(guī)模的服務(wù)器或PC機(jī)等，資源數(shù)量大，異構(gòu)性強(qiáng)。其中，數(shù)據(jù)中心的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是設(shè)計(jì)云計(jì)算數(shù)據(jù)中心必須

2、考慮的重要因素，它為云計(jì)算數(shù)據(jù)中心的高擴(kuò)展性和資源的高利用率提供充分保障。此外，數(shù)據(jù)中心引入的副本技術(shù)(Replica)雖然是一種提高可用性和性能的重要方法。它彌補(bǔ)了存儲對象單點(diǎn)失效、容錯(cuò)性差、接入性能不高等問題；但是也引入以下幾個(gè)方面的問題：副本一致性問題、負(fù)載均衡問題以及由副本產(chǎn)生的各種硬件和通信上的代價(jià)問題等等。
　　 本文深入分析和總結(jié)云計(jì)算數(shù)據(jù)中心的新特征，從數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的擴(kuò)展性與綠色節(jié)能問題、副本策略問題，以及調(diào)

3、度機(jī)制出發(fā)，緊緊圍繞上述三個(gè)問題展開研究。本文的主要研究工作如下：
　　 首先，介紹了云計(jì)算的概念以及云計(jì)算數(shù)據(jù)中心的概念，針對傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的不足，著重介紹了云計(jì)算數(shù)據(jù)中心具備的特點(diǎn)。詳細(xì)分析了由于云計(jì)算環(huán)境中的資源規(guī)模龐大，異構(gòu)性強(qiáng)等特性產(chǎn)生的三個(gè)重要問題：數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的擴(kuò)展性與綠色節(jié)能問題、副本策略問題、以及調(diào)度機(jī)制。
　　 其次，針對云計(jì)算數(shù)據(jù)中心結(jié)構(gòu)上的可擴(kuò)展性及綠色節(jié)能問題展開研究。充分考慮了新型數(shù)據(jù)中心應(yīng)

4、具備的新特點(diǎn)，借鑒已有知名數(shù)據(jù)中心結(jié)構(gòu)，依據(jù)著名科赫曲線，提出了一種新型數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)——雪花結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)充分考慮了數(shù)據(jù)中心的可擴(kuò)展性，在保證交換機(jī)與服務(wù)器較低數(shù)量比例的前提下，可以在較短的平均路徑內(nèi)實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)間路由機(jī)制，具有較小的網(wǎng)絡(luò)開銷，并降低能耗。
　　 再次，針對云計(jì)算中的副本及基于副本的調(diào)度問題展開研究。提出了基于副本的調(diào)度模型；引入市場機(jī)制中的代價(jià)因素，通過綜合考慮副本地理特性、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)、應(yīng)用服務(wù)特點(diǎn)等因素，提出一種

5、代價(jià)驅(qū)動(dòng)的自適應(yīng)副本策略，該策略針對不同應(yīng)用的一致性與可用性的重要程度，以代價(jià)為驅(qū)動(dòng)力來自適應(yīng)地進(jìn)行副本復(fù)制、副本銷毀、副本遷移等操作，以達(dá)到負(fù)載均衡等目的；提出適用于該模型的，基于副本和數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的調(diào)度策略。實(shí)驗(yàn)表明，該調(diào)度策略可以有效縮短任務(wù)調(diào)度之前復(fù)制副本產(chǎn)生的傳輸時(shí)間，復(fù)制副本的平均最短路徑僅僅是隨機(jī)調(diào)度算法的一半。
　　 最后，針對調(diào)度機(jī)制展開研究。為增大服務(wù)方的收益，本文從云計(jì)算資源提供方的角度出發(fā)，充分考慮優(yōu)

6、先級、時(shí)間調(diào)度底線、收益、資源風(fēng)險(xiǎn)等調(diào)度因素，分別提出云計(jì)算環(huán)境中的在線調(diào)度策略和批調(diào)度策略。模擬實(shí)驗(yàn)表明，提出的調(diào)度策略有效提高了任務(wù)完成的總數(shù)，增大了服務(wù)方收益，降低了服務(wù)方接受任務(wù)時(shí)承擔(dān)的成本，促進(jìn)了調(diào)度環(huán)境的和諧發(fā)展。
　　 本文從云計(jì)算數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、副本機(jī)制、調(diào)度機(jī)制引出的問題出發(fā)，緊緊圍繞這三個(gè)問題進(jìn)行了深入研究，提出的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，副本策略和調(diào)度機(jī)制不僅解決了相應(yīng)問題，而且能夠?yàn)樵朴?jì)算數(shù)據(jù)中心的后續(xù)研究提供