Cloudsim3.0仿真流程分析

王燕妮+吳文輝

摘要：如今，云計算技術(shù)愈加受到各界的關(guān)注。然而不同應(yīng)用具有不同的組成、配置和部署需求，如何量化與比較這些應(yīng)用模型的性能，從而提高云計算資源使用效率，成為重要的研究課題。文章簡述了為解決此問題而開發(fā)的云仿真軟件CloudSim，并以CloudSim3.O為重點研究對象。文章重點闡述了仿真軟件的仿真流程，并以仿真事件為焦點闡述了仿真流程中各仿真實體的變化情況，并結(jié)合實例進行說明。

關(guān)鍵詞：CloudSim3.0；仿真流程

中圖分類號：TP393

文獻標(biāo)識碼：A

DOI：10，3969/j.issn.1003-6970.2015.06，020

本文著錄格式：王燕妮，吳文輝.Cloudsim3.O仿真流程分析叮]軟件，2015，36（6）：109-113

TheAnalysisofSimulationProcessofCloudsim3.0

WangYan-ni，WuWen-hui

[Abstract]：Nowadays，cloudcomputingtechnologyhasbeenwidelypaidattention.But，differentapplicationsbasedoncloudcomputinghavedifferentrequirementsofconfigurationsanddeployments.Therefore，howtoquantifyandcomparethecapabilityofdifferentmodelsinordertoincreasetheoperationrateofcloudcomputingresourcehasbeenwidelyresearched.ThispaperintroducestheCloudSimsoftwareandfocusesonCloudSim3.0.Thepaperexpoundsthesimulationprocessofthesoftwareandthesimulationeventsoftheprocess.Intheend，theprocessisillustratedwithanexample.

[Keywordsl：CloudSim3.0；Cloudcomputing；Simulationprocess

0引言

隨著硬件條件的更新發(fā)展以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的成熟演進，云計算應(yīng)運而生。云計算的目的是通過架構(gòu)下一代數(shù)據(jù)中心作為虛擬服務(wù)的硬件和軟件設(shè)施，使用戶能從世界的任何地方獲得和部署應(yīng)用程序。云計算是由分布式處理、并行處理和網(wǎng)格計算演進發(fā)展，并在商業(yè)上實現(xiàn)的計算機概念，其本質(zhì)是數(shù)據(jù)共享計算模式與服務(wù)共享計算模式的結(jié)合體，是下一代計算模式的發(fā)展方向[1]。

云計算的主要任務(wù)是為基于互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用服務(wù)提供可靠、安全、容錯、可持續(xù)、可擴展的基礎(chǔ)設(shè)施，然而不同的應(yīng)用具有不同的組成、配置和部署需求，云端基礎(chǔ)設(shè)施上的應(yīng)用及服務(wù)模型的負載、能源性能和系統(tǒng)規(guī)模都在不斷發(fā)生變化，因此量化與比較這些應(yīng)用和服務(wù)模型的性能，從而控制使用云計算資源，提高云資源的使用效率就成為業(yè)界研究的一大熱點[2]。為解決此問題，墨爾本大學(xué)的學(xué)者開發(fā)了云仿真平臺CloudSim[3]，用以實現(xiàn)云計算系統(tǒng)和應(yīng)用資源調(diào)度的模擬與仿真。

1CloudSim簡介

CloudSim是澳大利亞墨爾本大學(xué)開發(fā)的云計算仿真軟件。CloudSim是在GridSim模型基礎(chǔ)上發(fā)展而來，提供了云計算的特性，支持云計算的資源管理和調(diào)度模擬。CloudSim是開源項目，可以在windows和linux上運行。CloudSim的擴展部分實現(xiàn)了一系列接口，提供基于數(shù)據(jù)中心的虛擬化技術(shù)、虛擬化云的建模和仿真功能。利用CloudSim仿真軟件，用戶可以反復(fù)測試自己的服務(wù)，在組成、配置和部署軟件前評估模擬軟件，調(diào)節(jié)性能瓶頸，減少資金耗費‘4]。

CloudSim具有多個版本，本文的研究對象是CloudSim3.0。CloudSim3.0采用分層的體系結(jié)構(gòu)。仿真層為云計算的虛擬數(shù)據(jù)中心環(huán)境的配置和仿真提供支持，包括虛擬機、內(nèi)存、容量及帶寬的接口，該層用于主機分配到虛擬機的策略研究，并通過擴展核心的虛擬機調(diào)度函數(shù)實現(xiàn)。最上層是用戶代碼層，該層提供一些基本的實體，如主機、應(yīng)用、虛擬機，用戶數(shù)據(jù)和應(yīng)用類型，以及代理調(diào)度策略等‘2]。CloudSim3.0提供虛擬化引擎，可在數(shù)據(jù)中心節(jié)點上建立和管理多重的虛擬化任務(wù)，并在虛擬化服務(wù)分配時在時間共享及空間共享策略之間靈活切換。Cloudsim3.0是開源的，用戶可以通過擴展接口擴展開源代碼，實現(xiàn)自己的調(diào)度策略，并基于特定環(huán)境和配置進行測試，驗證相應(yīng)功能。

2CloudSim3.O仿真流程及事件響應(yīng)機制分析

2.1CloudSim3.0仿真流程

不論初始條件以及調(diào)度策略是否有所不同，CloudSim的仿真流程總是不變的。CloudSim的仿真流程分為三個階段：初始化仿真環(huán)境，執(zhí)行仿真，結(jié)束仿真。其仿真流程圖如圖1所示。

在圖1中，每一個方框代表一個事件，也就是CloudSim執(zhí)行仿真過程中所要做的事情，每一個菱形框表示事件執(zhí)行的條件，在執(zhí)行下一次事件之前，先根據(jù)菱形圖中所示的條件進行判斷，從而決定下一步執(zhí)行何種事件。CIS是指CloudInformationService，提供實體資源注冊的功能，每產(chǎn)生一個新的實體，必須向CIS進行注冊，實體是能進行事件處理的數(shù)據(jù)中心，注冊實體資源，是為了管理實體；future隊列是指未來事件隊列，維護著所有新產(chǎn)生的事件隊列，這些事件都是將要被處理的，每處理一件事件，可能會產(chǎn)生新的事件，此時，新的事件將被加入到此隊列，等待處理；deferred隊列是延時事件隊列，所有事件必須經(jīng)過從future隊列移除，加入到deferred隊列中，才能被各個實體進行處理來完成相應(yīng)的任務(wù)，實體資源處理事件時，是處理從deferred隊列中彈出的事件，每一個具體的任務(wù)是由多個事件組成，事件都有先后順序，根據(jù)其狀態(tài)保存到相應(yīng)隊列中。

如上所述，仿真過程分為三個階段：初始化仿真環(huán)境，執(zhí)行仿真，結(jié)束仿真。在第一階段初始化仿真環(huán)境時，先初始化CloudSim核心仿真引擎，這標(biāo)志著仿真已經(jīng)開始，然后創(chuàng)建數(shù)據(jù)中心，再創(chuàng)建數(shù)據(jù)中心代理，這是上一級的實體資源，接下來創(chuàng)建虛擬機，虛擬機是下一級的實體資源，所以要將虛擬機列表提交給數(shù)據(jù)中心代理，然后創(chuàng)建云任務(wù)，將云任務(wù)列表要提交給數(shù)據(jù)中心代理。初始化完成后，正式啟動仿真，在這一階段，主要是按照相應(yīng)的調(diào)度策略處理仿真運轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的各個事件，在軟件源碼中，調(diào)度策略有時間共享策略和空間共享策略，研究人員還可以根據(jù)具體應(yīng)用進行擴展，開發(fā)出其它調(diào)度策略，因所有事件都要經(jīng)過future隊列，所以若此隊列中沒有任何事件，則可停止仿真，如有事件，則加入到deferred隊列中，等待下一步處理。在執(zhí)行仿真階段，可以暫停仿真，需要繼續(xù)運行時，可喚醒仿真，繼續(xù)運行。如果所有事件處理完畢，則預(yù)示著仿真運行階段的結(jié)束，如此，則可以結(jié)束仿真，在仿真結(jié)束階段，主要是設(shè)置實體為不可運行狀態(tài)，標(biāo)識實體關(guān)閉，結(jié)束仿真。

2.2仿真事件生命周期

CloudSim仿真軟件是離散事件驅(qū)動的[3]，使用白帶的離散事件模擬鏈接庫來進行事件處理和內(nèi)部事件消息傳送。仿真進行的過程就是對每一個仿真事件進行處理的過程，仿真事件貫穿著仿真過程的始終，所以仿真事件的生命周期是整個仿真過程的核心，所以，為了研究仿真過程如何運行，則必須研究仿真事件的來龍去脈，仿真事件是怎樣產(chǎn)生的，將要做怎樣的處理，仿真事件某時某刻是怎樣的狀態(tài)，在何種條件下，仿真事件將會消亡。總之，仿真事件的生命周期就是產(chǎn)生、運轉(zhuǎn)、消亡。

如圖2是代表著事件的屬性表，用etype、time、entSrc等一些變量可以表征仿真事件的特征，以此來描述仿真事件。不同事件，變量值不同，相應(yīng)的處理方法則不同。

如圖3所示為仿真事件的生命周期示意圖，方形框表示實體或cloudsim進行了某種動作行為，橢圓表示仿真事件當(dāng)時處于何種狀態(tài)下。在圖3中，cloudsim表示的仿真核心引擎，實體l表示發(fā)起事件的實體，對應(yīng)事件的entSrc屬性，實體2表示處理事件的實體，對應(yīng)事件的entDst屬性。如圖2所示，事件經(jīng)由某個實體發(fā)起，cloudsim組織產(chǎn)生，然后被加入到future隊列中，時間條件滿足，即從future隊列中移人到deferred隊列中，如果處理此事件的實體具備處理此事件的條件，則從deferred隊列中取出此事件，然后處理，則事件消亡，至此就是一個仿真事件的生命周期。

3實例分析

下面以仿真軟件白帶的實例l為例來闡述CloudSim3.0的仿真流程。

實例1演示創(chuàng)建包含一臺主機的一個數(shù)據(jù)中心，運行一個云任務(wù)的仿真過程。在仿真環(huán)境初始化階段，創(chuàng)建了一個數(shù)據(jù)中心、一個數(shù)據(jù)中心代理，創(chuàng)建了一個虛擬機、一個云任務(wù)，并將此虛擬機和云任務(wù)都提交給數(shù)據(jù)中心代理。所以在實例1中，有四個實體，CloudSimShutDown、CloudSimInformationService、Datacenter0（數(shù)據(jù)中心）、Broker（數(shù)據(jù)中心代理）。仿真環(huán)境初始化完成后開始啟動仿真。仿真運行階段，首先啟動四個實體，在啟動實體Datacenter0時，產(chǎn)生了第一個仿真事件一一向CloudSimInformationService注冊，在事件驅(qū)動機制下，處理事件的過程中，可能會產(chǎn)生新的事件，如此仿真過程就一直進行下去。在時鐘為0.0時，云資源列表收到一個資源，并且準備在數(shù)據(jù)中心創(chuàng)建一個虛擬機，在時鐘0.1時，虛擬機已經(jīng)創(chuàng)建完成，數(shù)據(jù)中心代理準備將云任務(wù)發(fā)送到虛擬機，在時鐘400.1時，云任務(wù)已經(jīng)被接收，并且處理完畢，終結(jié)了虛擬機后，所有仿真事件都已處理完畢，CloudSimInformationService通知關(guān)閉各個實體，至此整個仿真過程結(jié)束。如圖4為仿真結(jié)果。

4結(jié)束語

在云計算研究如火如荼的今天，云計算仿真器無疑具有重要的研究價值。各研究者在研究分析CloudSim的同時，也可在CloudSim的基礎(chǔ)上進行擴展，開發(fā)出適合各自應(yīng)用特點的功能[5]，促進云計算仿真器軟件的成熟。

參考文獻

[1]查應(yīng)華，楊靜麗.云計算仿真平臺Cloudsim在資源分配平臺中的應(yīng)用[J].軟件導(dǎo)刊，2012，11（11）：57-59.

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[3]RodrigoN.Calheiros，RajivRanjan，AntonBeloglazon，et.al.CloudSim：AToolkitforModelingandSimulationofCloudComputingEnviromentsandEvaluationofResourceProvisioningAlgorithms，Software：PracticeandExperience（SPE），[J]Volume41，Numver1，Pages：23-50.

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