云服务资源状态监测以及服务组合机制研究

1.1研究背景

云计算是新一代高速网络计算和服务平台,被IT业界认为将引起计算机领域的革命性变革。大的IT厂商纷纷抓住机遇,加紧研发和推出了自己的云计算产品以抢占市场。微软的Microsoft Azure、谷歌的GAE、亚马逊AWS(Amazon Web Service)都是较为成熟的云服务产品,AWS与Microsoft Azure己分别于2013年12月和2014年3月进驻中国。当前中国云服务还刚刚起步,国内的阿里云、百度云、腾讯云等也幵始发力,抢占市场。根据互联网数据中心IDC的统计数据,2011年全球云服务市场规模约280亿美元,2012年达到1072亿美元。而在中国,2012年的云服务市场规模达到35亿人民币,2013年超过60亿人民币[1]。对云计算的研究也正在如木如荼的展开,主要的技术挑战有:云计算的安全性问题——云计算能否以及如何保证数据的安全性?云计算的可靠性问题——在规模庞大的系统中如何保证客户数据的可信和应用平台的可靠?云计算的管理性问题——云计算平台的管理非常复杂和庞大,如何才能有效的监测服务资源以及高效动态的调度部署资源?

1.2国内外研究现状

如何保障云计算平台的可用性是云计算面临的重要技术挑战,对云服务资源进行有效监测则是其重要研究点。目前关于云服务资源监测的研究很多。文献[2]提出云计算平台异构服务整合环境下基于失效规律的节点资源动态提供策略,可以有效提高动态提供节点资源的可靠性。文献[3]针对异构分布式云计算平台环境,提出资源信息和负载自适应式监控方案。文献[4]引入社区模型,使用基于敏感因子的监测方法解决数据繁冗和无效问题。文献[5]设计了一个确保云计算集群系统高效运转的方案。文献[6]提出了支持进程级资源监控和面向多租户计费功能的机制。当前的云服务资源监测还存在种种问题,比如监测效率不高、监测功能不完善等等。REST自提出以来,由于其自身无状态型、可利用缓存、简化客户端等优点,越来越受到IT界重视,相关理论成果也很多。文献[7]对REST与Web服务技术做了比较。文献[8]详细介绍了 RESTfol Web服务。文献[9]以设计一个咖啡店订单系统为例说明RESTftil Web服务的具体实现过程。文献[10]讲述了基于REST的SOA设计如何实现。文献[11]介绍了一些REST风格的应用。文献[12]对REST现实应用中的一些问题进行了释疑。在国内发表的有关REST的论文中,文献[13]比较了 REST风格与PRC风格Web服务的异同。文献[14]通过一个实例比较了不同资源表述方式对资源访问的性能差异。文献[15]提出一种基于REST风格的物联网模型。文献[16]采用REST适配器方法设计REST风格的地理信息服务。随着REST应用的越来越广泛,实际工作中的业务流程通常会使用多个不同的服务,SOAP、REST等不同类型的服务组成了一种异构服务环境。在这种异构服务环境中,经常需要大量的交互,缺乏原生支持的交互可能会显着降低系统的性能。服务编制是利用现有的服务建立更大系统的重要服务组合机制,处在服务组合的中间层,异构服务环境给服务编制带来巨大挑战。基于服务的异构服务编制和基于Web的异构服务编制都有各其优势,但是单一的编制方法在遇到服务数量很大时,会导致系统性能急剧下降。本文探讨一种将两种编制方式组合起来的混合服务编制方式,可以充分发挥两种编制方式的优点,减少其交互,从而提升系统的性能。

第2章云服务资源状态监测

2.1云计算和云服务

2.1.1云计算

在IT界,对“云计算”有很多解释,当前多采用美国国家标准与技术研究院(National Institute of Standards and Technology, NIST)定义:云计算是一种按使用量付费的模式,这种模式提供可用的、便捷的、按需的网络访问,进入可配置的计算资源共享池,这些资源可以被快速提供,只需投入很少的管理任务,或与服务应供商行进很少的交互[20]。

云计算中,用户不需要构建数据中心,也不需要对这些数据中心进行管理维护,只需购买提供的服务即可,以降低投入成本。也就是说,在云计算中,软件和硬件都是资源,这些资源在物理上是分布式的共享的,可以根据需要动态配置和扩展,用户根据需要购买服务,计量收费。由于云计算具有虚拟化、动态性、高可靠性、按需服务等特点,所以在实际- 中得到广泛的应用。

2.2云服务资源状态监测技术

云服务资源可从不同的角度定义,从云服务提供商的角度看,他们把资源作为一种服务,不同的用户可以根据需要购买并使用这种服务。

云服务资源按地域来分可以分为本地云服务资源和远程云服务资源。本地云服务资源主要为物理及虚拟的IT资源,远程云服务资源主要是Web服务。按构建层次来分类可以把云服务资源映射到“计算、存储、网络”的标准:计算资源包括物理及虚拟服务器、数据中心、中间件、服务等;存储资源包括共享存储、虚拟机镜像等;网络资源包括交换机、路由器、VLAN、NIC、等。云服务资源的可靠性、性能和服务能力决定了上层应用系统的服务质量,因此,有必要对云服务资源状态进行监测。云服务资源状态监测就是对云平台内各种资源的利用情况进行监测,据此对云服务资源进行动态分配部署,确保云服务的正常运行。

2.2.1云服务资源状态监测的指标

云服务资源状态监测既有对服务器本身的监测,包括CPU使用率、CPU负载、内存使用率、系统进程数、磁盘空间使用率、网络流量等;也有对Web服务性能的监测,包括SMTP、TCP、HTTP等各类型端口的可用性及响应时间等。具体来说,有以下四个指标:可用性(Availability)、性能(Performance)、吞吐率(ThroughputRate)和利用率(Using Rate)。

(1)可用性:可用性是衡量云服务稳定程度的重要参数,它表示一段时间内,服务处于“正常状态”几率。