具有可預(yù)測性能的云數(shù)據(jù)中心兩層帶寬分配方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及計算機技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種具有可預(yù)測性能的云數(shù)據(jù)中屯、兩層帶 寬分配方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著云計算技術(shù)的不斷發(fā)展，由于其簡單的按需付費模式和廉價的部署與維護成 本，越來越多的企業(yè)選擇將他們的應(yīng)用遷移部署到云平臺上。成本和性能是云租戶最關(guān)屯、 的問題。然而，現(xiàn)有商用云平臺的網(wǎng)絡(luò)資源是在租戶間W盡力而為的方式所共享。如Amazon EC2保證了租戶對于CPU,內(nèi)存和硬盤的需求，卻不能提供網(wǎng)絡(luò)帶寬的保證。運使得云服務(wù)提 供商所提供服務(wù)的性能和成本具有較高的不確定性。所W缺乏帶寬保證會產(chǎn)生一系列問 題，阻礙企業(yè)應(yīng)用遷移到公有云。同時，也會使得租戶申請的虛擬機上跑的應(yīng)用的不可預(yù)測 性：由于運行期間網(wǎng)絡(luò)帶寬的不一致，同一個云應(yīng)用的運行時間是不同的，相應(yīng)的，根據(jù)現(xiàn) 有的定價模型，虛擬機的使用費用也將是不同的。運些影響因素主要是由云租戶間不同的 期望性能與獲得性能的不一致而造成的。
[0003] 盡管在共享的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施上實現(xiàn)有帶寬保證的網(wǎng)際資源管理是固有的難題，但 學(xué)術(shù)上和行業(yè)中已經(jīng)提出了有很多工作來解決運個難題。但目前的方案存在很大的局限 性：1)現(xiàn)有的粗粒度網(wǎng)絡(luò)抽象模型不能完整地表達租戶的網(wǎng)絡(luò)需求，并且在需求層面浪費 了部分帶寬資源;2)虛擬機放置算法沒有充分考慮租戶角度的需求;3)當(dāng)前的運行時機制 不能實現(xiàn)未使用帶寬在有保證租戶和無保證租戶間的公平分配。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明提供了一種具有可預(yù)測性能的云數(shù)據(jù)中屯、兩層帶 寬分配方法及系統(tǒng)，解決了現(xiàn)有的帶寬分配方法存在的不能完整地表達租戶的網(wǎng)絡(luò)需求、 在需求層面浪費帶寬資源、無法充分考慮租戶的需求、W及不能實現(xiàn)未使用的帶寬資源在 有保證租戶和無保證租戶間公平分配的問題。
[0005] 為解決上述問題，第一方面，本發(fā)明提供了一種具有可預(yù)測性能的云數(shù)據(jù)中屯、兩 層帶寬分配方法，包括：
[0006] 在云租戶層面，根據(jù)細(xì)粒度虛擬集群FGVC網(wǎng)絡(luò)抽象模型對租戶發(fā)送的包含網(wǎng)絡(luò)需 求的虛擬機請求進行帶寬保證優(yōu)化；
[0007] W及，根據(jù)預(yù)設(shè)分配算法對優(yōu)化后的虛擬機請求進行物理機及相應(yīng)的帶寬資源分 配；
[0008] 在應(yīng)用層面，采用E-F運行時機制將物理機及相應(yīng)的帶寬資源公平地分配給有保 證租戶和無保證租戶。
[0009] 進一步地，所述根據(jù)細(xì)粒度虛擬集群FGVC網(wǎng)絡(luò)抽象模型對租戶發(fā)送的包含網(wǎng)絡(luò)需 求的虛擬機請求進行帶寬保證優(yōu)化，包括:根據(jù)所述虛擬機請求確定虛擬機的剩余帶寬，將 所述虛擬機的剩余帶寬平均分給與所述虛擬機連接的未分配的鏈路，W及將虛擬機兩端帶 寬保證中的最小值作為虛擬機間帶寬保證。
[0010] 進一步地，所述根據(jù)預(yù)設(shè)分配算法對優(yōu)化后的虛擬機請求進行物理機及相應(yīng)的帶 寬資源分配，包括：
[0011] 根據(jù)下述=種預(yù)設(shè)分配算法中的任意一種對優(yōu)化后的虛擬機請求進行物理機及 相應(yīng)的帶寬資源分配：
[0012] 第一預(yù)設(shè)分配算法：從物理機層至根路由層尋找第一個可W滿足兩個條件的子 樹，包括一臺物理機、一個ToR交換機、一個匯聚層交換機或一個核屯、層交換機;第一個條件 是子樹中空閑的虛擬機槽大于等于租戶請求的虛擬機數(shù);第二個條件是該子樹下的帶寬滿 足虛擬機請求的帶寬需求；
[0013] 第二預(yù)設(shè)分配算法:物理機層至根路由層尋找第一個可W滿足兩個條件的子樹， 包括一臺物理機、一個ToR交換機、一個匯聚層交換機或一個核屯、層交換機;第一個條件是 子樹中空閑的虛擬機槽大于等于租戶請求的虛擬機數(shù);第二個條件是該子樹下的剩余帶寬 是最小的，且可滿足租戶的帶寬需求；
[0014] 第=預(yù)設(shè)分配算法:物理機層至根路由層尋找第一個可W滿足兩個條件的子樹， 包括一臺物理機、一個ToR交換機、一個匯聚層交換機或一個核屯、層交換機;第一個條件是 子樹中空閑的虛擬機槽大于等于租戶請求的虛擬機數(shù);第二個條件是子樹中剩余帶寬的總 數(shù)最大，且可滿足虛擬機請求中的帶寬需求。
[0015] 進一步地，在所述根據(jù)預(yù)設(shè)分配算法對優(yōu)化后的虛擬機請求進行物理機及相應(yīng)的 帶寬資源分配之前，所述方法還包括:根據(jù)預(yù)設(shè)排序算法對優(yōu)化后的虛擬機請求進行排序。
[0016] 進一步地，所述根據(jù)預(yù)設(shè)排序算法對優(yōu)化后的虛擬機請求進行排序，包括：
[0017] 根據(jù)下述五種預(yù)設(shè)排序算法中的任意一種對優(yōu)化后的虛擬機請求進行排序：
[0018] 先來先服務(wù)FCFS:按到來順序執(zhí)行；
[0019] 最小利潤率優(yōu)先SRRF:擁有最小利潤率的任務(wù)先執(zhí)行；
[0020] 最大利潤率優(yōu)先LRRF:擁有最大利潤率的任務(wù)先執(zhí)行；
[0021] 最大權(quán)重優(yōu)先:在排隊調(diào)度機制中引入了權(quán)重，每個虛擬機請求的權(quán)重是該虛擬 機請求的利潤率乘W等待時間或除W等待時間。
[0022] 進一步地，所述采用E-F運行時機制將物理機及相應(yīng)的帶寬資源公平地分配給有 保證租戶和無保證租戶包括：當(dāng)存在未被分配的帶寬資源時，按服務(wù)器粒度為無保證租戶 設(shè)定帶寬保證。
[0023] 第二方面，本發(fā)明還提供了一種具有可預(yù)測性能的云數(shù)據(jù)中屯、兩層帶寬分配系 統(tǒng)，包括:云租戶層面處理模塊和應(yīng)用層面處理模塊；
[0024] 所述云租戶層面處理模塊，用于根據(jù)細(xì)粒度虛擬集群FGVC網(wǎng)絡(luò)抽象模型對租戶發(fā) 送的包含網(wǎng)絡(luò)需求的虛擬機請求進行帶寬保證優(yōu)化；
[0025] W及，用于根據(jù)預(yù)設(shè)分配算法對優(yōu)化后的虛擬機請求進行物理機及相應(yīng)的帶寬資 源分配；
[0026] 應(yīng)用層面處理模塊，用于采用E-F運行時機制將物理機及相應(yīng)的帶寬資源公平地 分配給有保證租戶和無保證租戶。
[0027] 進一步地，所述云租戶層面處理模塊具體用于:根據(jù)所述虛擬機請求確定虛擬機 的剩余帶寬，將所述虛擬機的剩余帶寬平均分給與所述虛擬機連接的未分配的鏈路，W及 將虛擬機兩端帶寬保證中的最小值作為虛擬機間帶寬保證。
[00%]進一步地，所述云租戶層面處理模塊具體用于：
[0029] 根據(jù)下述=種預(yù)設(shè)分配算法中的任意一種對優(yōu)化后的虛擬機請求進行物理機及 相應(yīng)的帶寬資源分配：
[0030] 第一預(yù)設(shè)分配算法：從物理機層至根路由層尋找第一個可W滿足兩個條件的子 樹，包括一臺物理機、一個ToR交換機、一個匯聚層交換機或一個核屯、層交換機;第一個條件 是子樹中空閑的虛擬機槽大于等于租戶請求的虛擬機數(shù);第二個條件是該子樹下的帶寬滿 足虛擬機請求的帶寬需求；
[0031] 第二預(yù)設(shè)分配算法:物理機層至根路由層尋找第一個可W滿足兩個條件的子樹， 包括一臺物理機、一個ToR交換機、一個匯聚層交換機或一個核屯、層交換機;第一個條件是 子樹中空閑的虛擬機槽大于等于租戶請求的虛擬機數(shù);第二個條件是該子樹下的剩余帶寬 是最小的，且可滿足租戶的帶寬需求；
[0032] 第=預(yù)設(shè)分配算法:物理機層至根路由層尋找第一個可W滿足兩個條件的子樹， 包括一臺物理機、一個ToR交換機、一個匯聚層交換機或一個核屯、層交換機;第一個條件是 子樹中空閑的虛擬機槽大于等于租戶請求的虛擬機數(shù);第二個條件是子樹中剩余帶寬的總 數(shù)最大，且可滿足虛擬機請求中的帶寬需求。
[0033] 進一步地，所述應(yīng)用層面處理模塊具體用于：當(dāng)存在未被分配的帶寬資源時，按服 務(wù)器粒度為無保證租戶設(shè)定帶寬保證。
[0034] 由上述技術(shù)方案可知，本發(fā)明所述的具有可預(yù)測性能的云數(shù)據(jù)中屯、兩層帶寬分配 方法及系統(tǒng)，在云租戶層面采用了細(xì)粒度虛擬集群FGVC網(wǎng)絡(luò)抽象模型對租戶發(fā)送的包含網(wǎng) 絡(luò)需求的虛擬機請求進行了帶寬保證優(yōu)化，并根據(jù)預(yù)設(shè)分配算法對優(yōu)化后的虛擬機請求進 行物理機及相應(yīng)的帶寬資源分配;在應(yīng)用層面，采用了 E-F運行時機制將物理機及相應(yīng)的帶 寬資源公平地分配給有保證租戶和無保證租戶，從而解決了現(xiàn)有的帶寬分配方法存在的不 能完整地表達租戶的網(wǎng)絡(luò)需求、在需求層面浪費帶寬資源、無法充分考慮租戶的需求、W及 不能實現(xiàn)未使用的帶寬資源在有保證租戶和無保證租戶間公平分配的問題。
【附圖說明】
[0035] 為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明 的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可W根據(jù) 運些附圖獲得其他的附圖。
[0036] 圖1是本發(fā)明第一個實施例提供的具有可預(yù)測性能的云數(shù)據(jù)中屯、兩層帶寬分配方 法的流程圖；
[0037] 圖2是本發(fā)明第二個實施例提供的具有可預(yù)測性能的云數(shù)據(jù)中屯、兩層帶寬分配方 法的流程圖；
[0038] 圖3是Sponge化t系統(tǒng)實現(xiàn)步驟的示意圖；
[0039] 圖4a是一個軟管模型示意圖；
[0040] 圖4b是一個虛擬機連接圖(VCG)的示意圖；
[0041 ] 圖5a是一個MapReduce虛擬機群的VCG圖；
[0042] 圖化是是一個典型的S層網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的VCG圖；
[0043] 圖6a是一個FGV村青求示意圖；
[0044] 圖化是FGV對莫型優(yōu)化過程示意圖；
[0045] 圖7是兩階段虛擬機放置示意圖；
[0046] 圖8a是一條物理鏈路上的一種E-F運行時機制示意圖；
[0047] 圖8b是一條物理鏈路上的另一種E-F運行時機制示意圖；
[004引圖9是樹狀拓?fù)渲蠩-F運行時機制示意圖；
[0049] 圖10是不同應(yīng)用的帶寬節(jié)省量示意圖；
[0050] 圖11是不同組合的完成時間示意圖；
[0051 ]圖是利潤率示意圖；
[0052] 圖12b是虛擬機利用率(每秒)示意圖；
[0053] 圖13a是不同平均帶寬大小的完成時間示意圖；
[0054] 圖13b是不同平臺負(fù)載下的完成時間示意圖；
[0055] 圖14a和圖14b是不同組合的等待時間和隊列長度不意圖；
[0056] 圖15a和圖15b是每個請求的等待時間和隊列長度隨時間的變化示意圖；
[0057] 圖16a和圖16b是不同平均帶寬大小和平臺負(fù)載下的平均等待時間示意圖；
[0058] 圖17是實驗平臺拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖；
[0059] 圖18a和圖18b是多對一的實驗場景不意圖；
[0060] 圖19a和圖19b是多對一的兩種情景；
[0061 ] 圖20是MapReduce實驗的CDF示意圖；
[0062] 圖21是本發(fā)明第=個實施例提供的具有可預(yù)測性能的云數(shù)據(jù)中屯、兩層帶寬分配 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0063] 為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例 中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實施例是 本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員 在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他發(fā)明，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0064] 圖1示出了本發(fā)明第一個實施例提供的具有可預(yù)測性能的云數(shù)據(jù)中屯、兩層帶寬分 配方法的流程圖，如圖1所示，本實施例的具有可預(yù)測性能的云數(shù)據(jù)中屯、兩層帶寬分配方法 包括如下步驟：
[0065] 步驟101:在云租戶層面，根據(jù)細(xì)粒度虛擬集群FGVC網(wǎng)絡(luò)抽象模型對租戶發(fā)送的包 含網(wǎng)絡(luò)需求的虛擬機請求進行帶寬保證優(yōu)化；
[0066] W及，根據(jù)預(yù)設(shè)分配算法對優(yōu)化后的虛擬機請求進行物理機及相應(yīng)的帶寬資源分 配。
[006