云計算環(huán)境下資源需求分析與配置策略研究

呂晨懷

（中國移動通信集團(tuán) 黑龍江有限公司哈爾濱分公司，黑龍江 哈爾濱 150046）

云計算環(huán)境下資源需求分析與配置策略研究

呂晨懷

（中國移動通信集團(tuán) 黑龍江有限公司哈爾濱分公司，黑龍江 哈爾濱 150046）

對于云計算技術(shù)而言，其主要是從并行、網(wǎng)格、效用、虛擬等計算中衍化而來，是根據(jù)需求提供服務(wù)的模式。從云計算商業(yè)價值來看，為了滿足用戶需求，實現(xiàn)資源的優(yōu)化配置成為云計算研究的焦點。文章結(jié)合云計算的概念，分析了基于云計算環(huán)境下的資源需求分析，并就資源優(yōu)化配置策略進(jìn)行了探討。

云計算；資源需求；配置策略

云計算的誕生，改變了傳統(tǒng)資源交付模式，并迅速成為網(wǎng)絡(luò)時代IT產(chǎn)業(yè)革命及信息領(lǐng)域的技術(shù)新寵。云計算涵蓋了各種可動態(tài)升級的資源，用戶能夠?qū)Υ祟愘Y源進(jìn)行共享，還可借助于網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行資源訪問，并無需掌握這門技術(shù)，只需結(jié)合自身資源需求，對該平臺的虛擬資源進(jìn)行租賃即可，因此，云計算的發(fā)展和應(yīng)用前景十分廣闊。但應(yīng)注意的是，由于云計算需按需分配、根據(jù)用量進(jìn)行付費(fèi)、動態(tài)伸縮等一系列特點，因而需要制定合理、嚴(yán)格的資源配置策略，而云計算環(huán)境下的資源配置，一直以來都是該領(lǐng)域亟待解決的重大課題。

1　云計算技術(shù)概述

對于云計算而言，其內(nèi)涵十分豐富，其主要指的是一種商業(yè)模式，可以借助于整合資源，為外部用戶提供所需存儲、計算及應(yīng)用等多種服務(wù)，其甚至被稱為是繼水、電、氣、油之后的第五大公用資源。云計算幫助用戶省去了硬件的購置、維修等繁瑣過程，極大地實現(xiàn)了資源的節(jié)約。云計算資源池所需提供的資源主要包括計算能力、網(wǎng)絡(luò)帶寬、存儲空間、軟硬件設(shè)施等內(nèi)容。

自誕生之日起，云計算所面臨的技術(shù)難題就很多，其中，資源配置是其中之一。用戶希望借助于資源的科學(xué)配置策略，使用戶、云資源服務(wù)商同時實現(xiàn)最大化利益。就很大程度而言，用戶、服務(wù)商利益是沖突的，而好的資源配置應(yīng)對雙方利益進(jìn)行均衡。當(dāng)前，云計算資源提供商的研究目標(biāo)包括減少數(shù)據(jù)中心的能耗、提升服務(wù)的質(zhì)量及資源的利用效率等，其中，降低能耗是借助于監(jiān)測服務(wù)器，對數(shù)據(jù)中心的運(yùn)行、使用情況進(jìn)行監(jiān)測，以實現(xiàn)資源的優(yōu)化配置，節(jié)約成本消耗。此外，提升服務(wù)質(zhì)量需要結(jié)合用戶滿意程度，滿足其海量數(shù)據(jù)的處理需求及其對CPU性能的要求，滿足其存儲空間等要求，因此，資源優(yōu)化配置策略應(yīng)注重滿足用戶多重需求。資源利用效率的提高，是指將虛擬機(jī)合理分配到物理服務(wù)器，實現(xiàn)負(fù)載的動態(tài)優(yōu)化過程，需要借助于市場機(jī)制，將經(jīng)濟(jì)學(xué)原理運(yùn)用到資源配置中，以求資源的優(yōu)化配置。

2　云計算環(huán)境下資源需求分析與配置策略

本文結(jié)合云計算環(huán)境下的資源需求分析，以便為云資源的科學(xué)、高效配置策略提供合理依據(jù)。并根據(jù)分布式資源需求、響應(yīng)、配置、管理架構(gòu)，提出了一套彈性資源配置控制體系，實現(xiàn)了資源需求分析與混合資源配置策略的有機(jī)結(jié)合，為云計算用戶提供了可靠的資源服務(wù)。本文所提出的云計算系統(tǒng)，包括多個數(shù)據(jù)中心。各數(shù)據(jù)中心之間，借助于網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)連接，形成了整個系統(tǒng)。當(dāng)用戶將所需應(yīng)用需求提交后，資源處理器會加以接收，并對其需求加以響應(yīng)，將其需求發(fā)布到各數(shù)據(jù)中心，所有中心都具有一個資源配置控制系統(tǒng)，一旦接收到該請求，將在本數(shù)據(jù)中心內(nèi)進(jìn)對所需資源進(jìn)行搜索、匹配、返回，再借助于控制系統(tǒng)，將所需資源遞交給處理器，最終傳送給用戶。

2.1 云資源彈性配置系統(tǒng)的搭建

本文所構(gòu)建系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)中心為核心，提供了資源的科學(xué)配置，其主要包括三大模塊：監(jiān)控、預(yù)測、配置模塊。其中，監(jiān)控模塊提供云計算運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控等功能，并采集資源使用狀態(tài)信息。預(yù)測模塊借助于監(jiān)控模塊所收集數(shù)據(jù)，就下一時間段之內(nèi)的云資源負(fù)荷加以科學(xué)預(yù)測。配置模塊負(fù)責(zé)根據(jù)所采集的資源負(fù)荷值及下一時間段內(nèi)的資源負(fù)荷值，對二者進(jìn)行綜合分析，并制定科學(xué)的配置策略，實現(xiàn)云資源的合理利用。

2.2 云資源需求分析

本文所構(gòu)建的配置控制系統(tǒng)屬于閉環(huán)式系統(tǒng)，其中，待處理資源的請求隊列模型采用的是G/G/N 排隊模型。對于VM資源請求服務(wù)率而言，其主要服從于Poisson分布。其中，本文所設(shè)定的N值不確定，隨著云資源負(fù)荷的變化進(jìn)行動態(tài)調(diào)節(jié)，若沒有得到處理，則該請求會被延遲處理。當(dāng)配置模塊接收到來自監(jiān)控模塊所提供的負(fù)荷量數(shù)據(jù)及由預(yù)測模塊所提供的下一時間段的云資源需求變化數(shù)據(jù)之后，會根據(jù)二者數(shù)據(jù)，進(jìn)行基于主動控制、被動反應(yīng)相結(jié)合的彈性資源配置策略研究，通過提前獲取所需資源，對空閑資源進(jìn)行延后釋放，以便為用戶提供所需的云資源、確保服務(wù)的質(zhì)量，并減少不必要的資源消耗，確保系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。較被動反應(yīng)配置策略不同，本文所提出策略是通過提前增加用戶所需資源，來確保下一時間段內(nèi)的資源需求，保障資源量的充足性，減少資源短缺、供給滯后等問題。此外，本文策略還通過延后釋放空閑資源，考慮到了云資源需求的不確定性因素，對用戶需求激增時資源不足的情況起到了很好的緩沖作用。

2.3 配置策略有效性的評估與結(jié)果分析

為了對本文所提出彈性資源配置策略的有效性進(jìn)行科學(xué)評估，本文借助于Google云計算平臺所提供的數(shù)據(jù)信息，作為本次評估實驗的數(shù)據(jù)，根據(jù)文獻(xiàn)研究中所提到的基于被動反應(yīng)的資源配置策略，就資源配置策略的性能分別進(jìn)行對比。借助于不同時間段之內(nèi)，資源配置的過剩量OP，每分鐘的資源配置平均過剩量OP'，不同時間段之內(nèi)，資源配置的不足量UP，以及每分鐘資源配置平均不足量UP'，以不同時間段之內(nèi)，提供服務(wù)的虛擬機(jī)平均數(shù)量值N，作為相應(yīng)的評價指標(biāo)。在仿真過程中，對參數(shù)值K進(jìn)行設(shè)置，將其設(shè)為5，結(jié)合Poisson分布情況，將每秒服務(wù)請求到達(dá)率λ分別進(jìn)行設(shè)置，即100，200，300，400，這樣可以獲取不同虛擬機(jī)的服務(wù)效率，這樣既可對結(jié)果進(jìn)行評價。根據(jù)對比結(jié)果可知，本文所提供的彈性資源配置策略，在OP，OP'值方面，均要優(yōu)于基于被動反應(yīng)的資源配置策略，這同彈性云資源配置策略所采用的“提前準(zhǔn)備”“延后釋放空閑資源”密切相關(guān)，極大地保障了元計算資源的供給量，并實現(xiàn)了對元計算資源需求變化情況的有效應(yīng)對，避免出現(xiàn)資源不足、短缺等問題，這方面在UP，UP'值等的表現(xiàn)極為顯著。而基于被動反應(yīng)的資源配置策略，其供給短缺情況及不足量要遠(yuǎn)超彈性資源配置策略，是主要是由于其在資源供給過程中存在反應(yīng)延遲問題，難以跟上用戶資源需求的變化狀況。對于云計算環(huán)境下，用戶資源供給短缺是十分危險的，會直接引發(fā)服務(wù)質(zhì)量的迅速降低，對運(yùn)營商經(jīng)濟(jì)帶來巨大的損失，甚至可能引發(fā)服務(wù)器的癱瘓，致使系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心發(fā)生崩潰。

為此，本文所提出了面向彈性控制的新型云資源優(yōu)化配置策略，能夠更好地適應(yīng)云計算環(huán)境，為資源的優(yōu)化配置提供依據(jù)和保障，不僅有助于提高服務(wù)的質(zhì)量，還極大地保障了云計算系統(tǒng)運(yùn)行過程的穩(wěn)定性、可靠性，實現(xiàn)了資源的合理、科學(xué)使用。

3　結(jié)語

云計算環(huán)境下，資源需求分析與配置所牽涉的問題十分廣泛，包括資源的表示、資源組織、發(fā)現(xiàn)、資源匹配、調(diào)度、資源配置、監(jiān)控等一系列過程。而本文所研究的問題，僅僅涉及資源需求分析、配置方法策略等內(nèi)容，這些對于確保云計算系統(tǒng)運(yùn)行過程的穩(wěn)定性，實現(xiàn)資源的高效利用，提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)，促進(jìn)云基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、完善服務(wù)、提升運(yùn)營商利潤，乃至整個系統(tǒng)的節(jié)能降耗、綠色計算等方面，都具有一定的積極意義，可以這樣說，云資源配置已經(jīng)成為云計算系統(tǒng)的核心內(nèi)容，也是未來該領(lǐng)域的研究熱點。

［1］華夏渝，鄭駿，胡文心.基于云計算環(huán)境的蟻群優(yōu)化計算資源的分配算法［J］.華東師范大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2010（19）：190-194.

［2］劉永，王新華，邢長明，等.云計算環(huán)境下基于蟻群優(yōu)化算法的資源調(diào)度策略［J］.計算機(jī)技術(shù)與發(fā)展，2011（9）：193-195.

［3］李志潔，程春田，李慧賢，等.一種基于效用函數(shù)的網(wǎng)格資源分配策略［J］.計算機(jī)工程，2011（21）：210 -222，331.

Reasearch on resource requirement analysis and confguration strategy in Cloud computing environment

Lv Chenhuai
（Harbin Branch of China Mobile Communications Group Heilongjiang Co.， Ltd.， Harbin 150046， China）

For Cloud computing technology， it is mainly derived from parallel， grid， utility， virtual computing， which is a model providing service according to the demand. In terms of the business value of calculating， in order to meet the needs of users， optimizing the allocation of resources has become the focus of the Cloud computing. Combining with the concept of Cloud computing， this paper analyzes the resource requirements based on the Cloud computing environment， and discusses the strategy of resource optimization.

Cloud computing； resource requirements； confguration strategy

呂晨懷（1983— ），男，黑龍江哈爾濱，工程師；研究方向：通信網(wǎng)絡(luò)與云計算。