基于服务质量,多租户资源调度方法研究

1、重庆邮电大学研究生堂下考试答卷学年第 学期考试科目 网络计算与服务 姓 名 年 级 专 业 年 月 日基于服务质量的多租户资源调度方法研究一、问题提出随着云计算技术的不断发展，软件即服务SaaS成为一种全新的软件模式被广泛使用。SaaS 服务模式位于云服务的最上层，直接与用户交互，实现用户之间资源的共享是 SaaS 服务模式的根本出发点，多租户技术作为 SaaS 的核心，是实现这一目标的关键技术。 多租户技术是指同一个应用实例，同时以租赁的方式租用给多个租户，所有租户之间共享资源。多租户技术是基于租约的，以整合资源，提高资源的利用率为出发点。多租户技术在很大程度上提高了资源的利用率，但是多个租

2、户之间以租赁的方式共享应用实例的特性，也给实现该技术带来了很大的难题：首先，租户之间对资源的使用相互干扰，降低资源使用效率的同时，租户的服务质量很难得到保证；其次，当资源池达到一定规模的情况下，多租户资源调度算法本身的效率不能满足实际使用需求， 因此需要使用有效地资源调度方法来解决这个难题。二、现状分析现有的资源调度策略主要是从资源池和调度策略两方面着手。 (1) 资源池方面 传统的 SaaS 资源池中，主要是由资源池管理器负责管理和维护一些可供使用的系统资源。资源池管理器为每个租户请求随机地分配一个满足其功能要求的资源，并以标识“忙”表示该资源正在被使用，当资源使用结束后清除该标识。资源池中

3、的每个资源都是临界资源，不可以同时为两个或多个租户使用。这是一种随机选取资源的方法，选择到的资源很难满足租户的质量要求。如果不能使租户满意，需重新执行请求将会消耗更多资源，降低资源调度的效率。(2)调度策略方面传统的资源分配策略大多集中于研究虚拟机的分配策略，对于具体的资源分配研究较少。近些年，有学者提出了虚拟资源预分配的方式来实现资源调度，但是该方法会降低资源的利用率。三、解决方案云计算最根本的目的是如何实现大范围的资源共享，因而如何实现资源管理和相应的调度策略成为云计算的研究的关键。下面我也主要从资源池和调度策略两方面进行分析。云计算环境下资源的特点给资源管理带来很大的难题，为了解决这个难

4、题，提出了一种基于资源的 QoS 值来建立三级资源池的方法。结合多租户技术的特点和租户 QoS 要求，定义了资源的性能指标参数，给出了各个参数的计算方法，根据每个指标所占的权重，计算得到资源的 QoS属性值。在此基础上，以资源量化后的 QoS 属性值为关键字建立二级索引结构，以形成三级资源池结构。 三级资源池的建立过程如下：(1) 划分资源组，形成四个资源池； (2) 分别计算每个资源性能指标值 Qri； (3) 每类池内按照 Qri 值建立一个有序资源表，标明资源的使用状态 Sri； (4) 在有序表的基础上建立一级索引表，一个索引块指向每 N1 个表块的首块地址，及时更新 count(Sr

5、i)值； (5) 建立二级索引表，一个索引块指向每 N2 个一级索引块的首块地址，及时更新 count(Sri)。 当有新的资源加入时，由于表和索引表空间有限，需要对表和索引表进行删除和添加操作。由于索引表更新代价较大，对每一个新来的资源 Ri 计算其 Qri值与阈值 Qmin 进行比较，若其小于 Qmin，该资源则不进入资源表，由实验得出 Qmin 经过量化处理一般取 0.20。形成的三级资源池层次化的结构如下图所示：图中的 SaaS 资源池是多租户环境下的系统资源池，资源种类和数量十分丰富，将资源按照种类划分为四个资源组，形成计算资源池、存储资源池、网络资源池和其它资源池。在分类资源池内，

6、按照每个资源的综合指标 Qri 分别建表。分别为每个资源表建立两级索引表，进行形成了索引资源池，加快资源调度速度。提出了一种层次化的资源调度方法，将租户按照 SLA 中规定的租户费用划分级别。在三级资源池的基础上，划分租户请求为四类子请求，按租户请求的 QoS 要求确定子请求所在的级别，并采用相应级别的资源调度方法。主要是从执行效率和资源使用隔离性两方面出发，最终形成了一个三级层次化的资源调度架构。在 SaaS 多租户体系下，租户之间资源共享，在资源调度时易产生相互干扰，影响性能。为了尽量满足租户需求，保证租户之间资源调度的隔离性，按照子请求的 QoS 要求将租户子请求划分为：A 级、B 级和

7、 C 级三个级别，分别采用不同的资源调度策略，确保资源调度的有效性和隔离性。对于A级，其服务质量要求最高，在有序资源池的基础之上采用顺序调度法，顺序搜索二级索引资源表。调度过程如算法 1 所示：算法 1：顺序资源调度法输入：分类的租户子请求的 QoS 值输出：满足要求的资源和资源的值； 顺序搜索 index_i2，查看 count(Sri)的值； 若 count(Sri)=0，判断是否为最后一个二级索引块，若不是返回步骤；若是重新从头搜索 index_i2; 若 count(Sri)0，由 elem 找到对应的 index_i1 的首块地址； 顺序搜索 index_i1，同样查看 count(

8、Sri)的值； 若 count(Sri)=0，返回步骤； 若 count(Sri)0，由 elem 找到有序表的首块地址； 顺序搜索有序表，查看 Sri 的值，是为 0 还是 1； 若 Sri=0，返回步骤； 若 Sri=1，选取该资源，并将 Sri 的值置为 0； 资源调度结束。对于 B 级，采用前移折半资源调度法，算法的执行过程如算法 2 所示： 算法 2：前移折半资源调度法 输入：分类的租户子请求的 QoS 值 输出：满足要求的资源和资源的值； 分别设置 index_i2 的首尾指针 low 和 high 找到 mid 对应的二级索引块，查看 count(Sri)的值； 若 count(

9、Sri)=0，将 index_i2 的尾指针前移，即 high=high-1，重新计算mid 的值； 判断 low=high 是否成立； 若成立，重新取 index_i2 的尾指针为 high，重新计算 mid，返回到步骤；若不成立，直接返回到步骤； 若 count(Sri)0，则由 elem 找到对应 index_i1 首块地址； 顺序搜索 index_i1，查看 count(Sri)的值； 若 count(Sri)=0，返回到步骤; 若 count(Sri)0，由 elem 找到有序表的首块地址； 顺序搜索有序表，查看 Sri 的值，是 0 还是 1； 若 Sri=0，返回到步骤，继续执行； 若 Sri=1，选取该资源，并将 Sri 的值置为 0； 资源调度结束。对于 C 级，其服务质量要求不高，资源调度方法和 B 级类似，采用后移折半资源调度法C 级的后移折半资源调度法与 B 级调度法在上述步骤中只有两步不同：步骤中找到 mid+1 对应的二级索引块，并查看 count(Sri)的值；步骤中，将 index_i2 的首指针后移，即 low=low+1，重新计算 mid 值。面向多租户的架构，建立在一个根据租户需求时刻变化的环境下，资源的使用情况动态变化，需要一个灵活的资源调度方法的支持。为租户请求的资源调度过程建立一个三级层次化结构，如图所示：请求排队层，将租户请求按照租