基于云平臺SLA監視的混合制排隊系統

孫　亮, 陳宏偉

(湖北工業大學 計算機學院，武漢 430068)

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基于云平臺SLA監視的混合制排隊系統

孫亮, 陳宏偉

(湖北工業大學 計算機學院，武漢 430068)

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

[關鍵詞]云平臺；云服務代理；服務等級協議；監視；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，并且涉及到很多管理內容，而SLA監視[4-5]是其中的一個重要功能。本文正是從幫助優化云用戶和云供應商之間服務關系的云服務代理出發，具體研究云服務代理的體系結構，在此基礎上，將排隊引入到云平臺SLA 監視的研究中。

用戶依據其自身的資源請求，他們需要將服務需求應用于由多個云服務供應商組成的云市場，并通過云平臺SLA監視處理這些需求。云平臺需要對 SLA 進行監控、評估等管理，并根據評估結果對云資源進行優化。對云平臺中虛擬資源的分配優化管理將會提高服務的高效性。不同SLA標準的服務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監視問題。

1云平臺的SLA監視功能

對于由多個云服務供應商組成的云市場而言，云服務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自己的資源需求向云市場提出服務申請，云服務代理會處理這些請求分配處理。

圖 1　云服務代理的云平臺SLA監視模塊

如圖1所示，云服務代理的云平臺SLA監視模塊，利用SLA協商的博弈方法制定云服務供應商與云用戶之間的SLA文檔，通過分發，作為云服務代理SLA性能指標監視(包括等待時間、響應時間和利用率等)的依據。

圖 2　云平臺SLA監視的工作流程圖

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

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

2)云服務代理的SLA文檔管理功能模塊處理并向SLA供應功能模塊轉發該SLA供應請求。

3)云服務代理的SLA供應功能模塊向云市場提交SLA供應請求。

4)云市場按照云用戶的SLA供應請求創建服務資源，并將該服務ID通過響應報文返回云用戶。

5)云用戶發送SLA監視請求，需要SLA監視的云用戶根據自己的需求向云市場提出服務申請這個過程需要借助于云服務代理，云服務代理將處理云用戶的SLA監視請求，并最終提交給由多個云服務供應商組成的云市場。

6)云服務代理的SLA監視功能模塊向云市場提交SLA監視請求。

7)云市場按照云用戶的SLA監視請求，查詢QoS參數值，并將QoS參數值通過響應報文返回云用戶。

8)云用戶發送SLA終止請求，需要SLA終止的云用戶根據自己的需求向云市場提出服務申請這個過程需要借助于云服務代理，云服務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供應商組成的云市場。

9)云服務代理的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，釋放服務資源，并發送響應報文，最終終止SLA。

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

2云平臺SLA監視的混合制排隊系統

作為一門學科，排隊論研究系統由于隨機因素的干擾而出現排隊現象的規律，簡而言之，研究服務系統中排隊現象隨機規律。目前，排隊論已經應用于云平臺、計算機網絡等資源共享的隨機服務系統，可以用于研究解決云平臺的SLA管理體系結構中的SLA監視問題。

在如圖1所示的云服務代理的云平臺SLA監視模塊與如圖2所示的云平臺SLA監視的工作流程的基礎之上，應用排隊論，圖3給出用于云平臺SLA監視的排隊系統，實現云用戶排隊和云服務代理處理。

圖 3　用于云平臺SLA監視的排隊系統

對于如圖3所示的排隊系統而言，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，也可能是相互關聯的。

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

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

為了實現云平臺SLA監視，當云用戶的排隊規則是混合制時，即云用戶到達時，如果所有的云服務代理均在處理中，云用戶既有等待也有損失，提出的混合制排隊系統采用：

1)多個云服務代理并聯(每個云服務代理同時為不同云用戶服務)類型

2)先來先服務規則

由于云平臺SLA監視的混合制排隊系統有n個云服務代理，而系統空間為H，當云用戶采用混合制排隊規則時，有

(1)

(2)

如果云平臺SLA監視的混合制排隊系統達到平穩狀態后隊長的概率分布記為ph，有

(3)

其中

(4)

在此基礎上，可求得云平臺SLA監視的混合制排隊系統的平均排隊長Lq如下

(5)

另外，還可求得云平臺SLA監視的混合制排隊系統的平均隊長Ls如下

(6)

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

(7)

(8)

3仿真結果分析

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

圖 4　Node no.2服務速率對其自身等待時間的影響

圖 5　Node no.2服務速率對其自身響應時間的影響

圖 6　Node no.2服務速率對其自身網絡吞吐量的影響

4結束語

本文給出云服務代理的云平臺SLA監視模塊與云平臺SLA監視的工作流程，并在此基礎之上，應用排隊論，給出用于云平臺SLA監視的排隊系統，實現云用戶排隊和云服務代理處理。為了實現云平臺SLA監視，提出的排隊系統采用多個云服務代理并聯類型和先來先服務規則，通過對云用戶的到來和服務時間進行統計研究，提出的適合SLA監視的排隊系統有利于描述云用戶排隊和云服務代理處理的這一排隊系統，最終實現云平臺SLA性能指標監視。

[參考文獻]

[1]Morin J, Aubert J, Gateau B. Towards Cloud Computing SLA Risk Management: Issues and Challenges[C]. Proceeding of 45th Hawaii International Conference on System Science (HICSS), 2012:5 509-5 514.

[2] Patel K S, Sarje A K. VM Provisioning Method to Improve the Profit and SLA Violation of Cloud Service Providers[C]. Proceeding of 2012 IEEE International Conference on Cloud Computing in Emerging Markets (CCEM), 2012:2-5.

[3]Chi Y, Moon H J, Hacigumus H, et al. SLA-tree: a framework for efficiently supporting SLA-based decisions in cloud computing[C]. ACM Proceeding of the 14th International Conference on Extending Database Technology, 2011:129-140.

[4]Vilaplana J, Solsona F, TeixidóI, et al. A queuing theory model for cloud computing[J]. The Journal of Supercomputing, 2014, 69(1):492-507.

[5]Bacigalupo D A, Hemert J V, Chen X, et al. Managing dynamic enterprise and urgent workloads on clouds using layered queuing and historical performance models[J]. Simulation Modelling Practice and Theory, 2011, 19(6):1479-1495.

[6]Borodin A, Kleinberg J, Raghavan P, et al. Adversarial queuing theory[J]. JOURNAL OF THE ACM, 2001, 48(1):13-38.

[7]Giambene G.Queuing Theory and Telecommunications: Networks and Applications[M]. Springer Press, 2005.

[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