云計(jì)算環(huán)境下服務(wù)資源管理若干關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著計(jì)算技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和面向服務(wù)體系架構(gòu)(Service-Oriented Architecture，SOA)的發(fā)展，以服務(wù)理念為核心的新一代云計(jì)算技術(shù)已經(jīng)成為當(dāng)前國際研究的一個熱點(diǎn)和前沿領(lǐng)域。毋庸置疑，云計(jì)算正推動著信息技術(shù)向社會化、集約化和專業(yè)化加速轉(zhuǎn)型。云計(jì)算促進(jìn)信息技術(shù)多條產(chǎn)業(yè)鏈之內(nèi)和之間的資源聚合、信息共享和協(xié)同工作，為我們通往面向服務(wù)的計(jì)算時代開辟全新的道路。云計(jì)算同樣促進(jìn)“核心簡單，邊緣豐富”的互聯(lián)網(wǎng)向“網(wǎng)絡(luò)豐富，邊緣簡

2、單，交互智能”的云計(jì)算中心演化。而且通過軟件的動態(tài)重用和柔性重組，云計(jì)算中心支撐服務(wù)流程的優(yōu)化與重構(gòu)并提升資源的利用效率。因此，近年來云計(jì)算驅(qū)動下的服務(wù)資源按需和有效的使用受到了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注。
　　然而，由于云服務(wù)的虛擬化、自治性、動態(tài)變化性、可用性和可擴(kuò)展性等，使得在云環(huán)境下流程服務(wù)模型的分析和分布式執(zhí)行以及基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)資源的動態(tài)配給等方面都出現(xiàn)了許多新的特點(diǎn)和難點(diǎn)。傳統(tǒng)的計(jì)算模式已經(jīng)不能滿足新的云計(jì)算服務(wù)架構(gòu)的需求

3、，迫切需要加強(qiáng)云服務(wù)所涉及的學(xué)術(shù)和關(guān)鍵技術(shù)問題的研究。為此，本文綜述了SOA、服務(wù)組合以及基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)資源的研究現(xiàn)狀，針對流程服務(wù)組合的兼容性分析、分布式執(zhí)行以及基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)性能最優(yōu)化方面存在的不足，分別從以下方面展開研究:
　　針對流程服務(wù)組合中存在的部分兼容性問題，提出基于Petri網(wǎng)的優(yōu)化控制策略來規(guī)避。首先，基于多個服務(wù)交互的實(shí)例，分析其兼容性，并研究控制算法，使得在不改變其內(nèi)部邏輯的基礎(chǔ)上來確保它們的兼容性。其次，給出了

4、受控服務(wù)組合的形式化定義，并根據(jù)約減規(guī)則生成了約減的服務(wù)組合網(wǎng)狀態(tài)可達(dá)圖，從而識別出死鎖狀態(tài)和無死鎖狀態(tài)。在導(dǎo)致死鎖狀態(tài)的關(guān)鍵變遷上添加相應(yīng)的控制庫所和弧，并結(jié)合最大允許反饋控制策略，從而推導(dǎo)出最優(yōu)控制器，并證明了該方法的正確性。最后，通過對流程服務(wù)組合中交互行為不兼容的實(shí)例證實(shí)了基于最優(yōu)控制器策略的有效性。
　　針對不同組織之間的統(tǒng)一流程定制和動態(tài)服務(wù)流程分割問題，提出基于多個BPEL引擎支持的動態(tài)服務(wù)流程分割方法。首先提出了基

5、于高級Petri網(wǎng)的水平分割和垂直分割方法，將一個全局的BPEL模型分割為若干個完備的執(zhí)行分片，然后根據(jù)組織的不同，分別放置在多個BPEL引擎上執(zhí)行。為進(jìn)一步提高多個BPEL引擎共同執(zhí)行的性能，提出了混合分割方法及其體系結(jié)構(gòu)，從而提高了BPEL引擎的吞吐率也減少了服務(wù)響應(yīng)時間的花費(fèi)，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了上述模型分割方法的正確性驗(yàn)證。同時，給出了分割后的流程分配策略。通過示例驗(yàn)證了BPEL流程模型混合分割執(zhí)行的可行性。最后實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明了模型

6、的混合分割比水平分割和垂直分割更有效。
　　針對基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)中的虛擬資源配給問題，如何在滿足用戶業(yè)務(wù)需求的同時保證云服務(wù)資源提供者的收益最大化，并保證用戶對服務(wù)質(zhì)量的需求，提出了基于云基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)的總體架構(gòu)，使得在監(jiān)測虛擬服務(wù)資源的同時，保證了虛擬服務(wù)資源的動態(tài)部署和動態(tài)分配，并確保了虛擬應(yīng)用服務(wù)在滿足用戶服務(wù)等級協(xié)定(Service Level Agreement，SLA)需求的同時有效地執(zhí)行。然后，為了滿足不同等級用戶負(fù)載不斷

7、變化情況下對虛擬資源的優(yōu)化利用，建立了面向多層架構(gòu)的虛擬應(yīng)用服務(wù)混合性能優(yōu)化模型?；谔摂M資源的高質(zhì)量初始配置，進(jìn)一步開發(fā)了元啟發(fā)式的隨機(jī)優(yōu)化算法。系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明了所提出的方法能夠有效地為不同等級的用戶提供有區(qū)別的服務(wù)，并保證了云基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)提供者的全局利潤最大化。
　　最后，設(shè)計(jì)了流程服務(wù)組合兼容性分析系統(tǒng)框架、分布式流程服務(wù)模型分割系統(tǒng)框架以及基于自主資源管理的云基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)系統(tǒng)框架，并實(shí)現(xiàn)了相應(yīng)的流程服務(wù)兼容性和控制器