Жмылёв Сергей Александрович Методы и алгоритмы автоматического масштабирования облачных систем с нестационарной нагрузкой

Краткое описание

Жмылёв Сергей Александрович Методы и алгоритмы автоматического масштабирования облачных систем с нестационарной нагрузкой
ОГЛАВЛЕНИЕ ДИССЕРТАЦИИ
кандидат наук Жмылёв Сергей Александрович
Реферат

Synopsis

Введение

Глава 1. Принципы организации облачных систем

1.1 Аналитический обзор предметной области

1.1.1 Подходы к организации облачных вычислений

1.1.2 Сервисы удаленных рабочих мест

1.1.3 Способы управления облачными системами

1.1.4 Алгоритмы автоматического масштабирования

1.1.5 Особенности потоков в облачных системах

1.1.6 Технико-экономическое обоснование работы

1.2 Проблема нестационарности в облачных системах

1.2.1 Соотношение нестационарности и случайности

1.2.2 Сложность исследования нестационарных процессов

1.2.3 Способы моделирования нестационарных процессов

1.2.4 Постановка задачи и направления исследований

1.3 Патентный поиск по теме исследования

1.3.1 Исследование патентов

1.3.2 Исследование непатентных источников

1.3.3 Отличия проводимого исследования

1.3.4 Заключение о патентном поиске

1.4 Выводы по главе

Глава 2. Анализ влияния нагрузочных процессов на характеристики функционирования облачных систем

2.1 Полимодальные процессы

2.1.1 Причины возникновения полимодальности в облачных системах

2.1.2 Проблема моделирования полимодальных процессов

2.1.3 Исследование влияния полимодальности на характеристики систем

2.2 Самоподобные процессы

2.2.1 Моделирование самоподобных процессов

2.2.2 Оценка влияния самоподобия на характеристики облачных систем

2.3 Нестационарные процессы

2.3.1 Имитационная модель системы с нестационарным потоком запросов

2.3.2 Анализ влияния нестационарности на характеристики облачных систем

2.4 Выводы по главе

Глава 3. Разработка методов исследования нестационарной нагрузки

3.1 Методы оценки длины периода нестационарных процессов

3.1.1 Автокорреляционный метод

3.1.2 Итерационный метод

3.2 Моделирование нестационарных процессов

3.2.1 Метод построения аналитической модели нестационарной нагрузки

3.2.2 Метод оценки времени до начала потерь в перегруженных системах с очередями

3.2.3 Метод композиции нестационарных потоков поступающих в облачную систему запросов

3.3 Выводы по главе

Глава 4. Методика автоматического масштабирования облачных

систем с нестационарной нагрузкой

4.1 Разработка алгоритма автоматического масштабирования

4.1.1 Анализ вычислительной сложности и области применения разработанных методов

4.1.2 Имитационная модель облачной системы

4.1.3 Минимизация энергетических затрат в облачной системе

4.1.4 Алгоритм автоматического масштабирования

4.2 Тестирование разработанного алгоритма

4.2.1 Описание тестового аппаратно-программного комплекса

4.2.2 Технические требования к тестовому окружению

4.2.3 Описание программы и методики испытаний

4.2.4 Результаты тестирования

4.3 Выводы по главе

Заключение

Список аббревиатур

Библиографический список

Приложение 1. Исходный текст программы, реализующей композицию плотностей распределений

Приложение 2. Акт о внедрении результатов в ООО «Тюн-ит»

Приложение 3. Акт о внедрении результатов в учебный процесс

Приложение 4. Нормативно-методическая документация

Приложение 5. Публикации по теме диссертации

РЕФЕРАТ

Список литературы

Заключение
В диссертационной работе получены следующие научные результаты.
1. Проанализированы и сформулированы принципы организации об¬лачных систем, в отличие от существующих, учитывающие такие особенности, как самоподобный, полимодальный и нестационар¬ный характер процессов поступления пользовательских запросов в облачную систему. Показано, что, полимодальный и самоподобный характер нагрузочных процессов незначительно влияет на характе¬ристики функционирования облачных систем. В то же время, выяв¬лено, что нестационарность создаваемой пользователями нагрузки оказывает существенное влияние на характеристики функциониро¬вания облачных систем и может приводить к появлению в системе кратковременных и даже продолжительных периодов перегрузок.
2. Разработаны численные методы оценки длины периода нестацио¬нарной нагрузки, которые, в отличие от существующих, ориенти¬рованы на обработку неполных одномерных временных рядов дис¬кретных данных, специфичных для облачных систем. Определены производительность, точность и область применения разработан¬ных методов для решения задачи автоматического масштабирова¬ния облачных систем.
3. Впервые предложены методы описания нестационарных нагрузоч¬ных процессов в аналитическом виде в терминах теории массового обслуживания. Разработан метод формирования аналитической мо¬дели нестационарной нагрузки в автоматическом режиме, использу¬ющий в качестве исходных данных только информацию о мгновен¬ном изменении показателей нагрузки, например, загрузку ЦПУ или интенсивность входящего потока запросов. Проанализированы воз¬можные комбинации нестационарных случайных процессов и пред-
ложены методы для вычисления композиции нескольких нестацио¬нарных процессов в аналитическом виде, которые могут быть ис¬пользованы в алгоритмах планирования и диспетчеризации облач¬ных систем.
4. Разработана методика автоматического масштабирования облачных систем, в основе которой лежит использование предложенных в ра¬боте методов исследования нестационарной нагрузки. Описанный в работе вариант алгоритма автоматического масштабирования, в от¬личие от существующих, использует аналитические модели нагруз¬ки для прогнозирования будущих состояний системы, что позволяет в реальном времени принимать решения об изменении ее конфигу¬рации.
5. Практическое использование разработанной методики продемон-стрировано на примере облачной системы OpenNebula, функциони-рующей в условиях синтетической пользовательской нагрузки, фор-мируемой с помощью утилиты Apache JMeter. Проведены опытные испытания разработанного модуля автоматического масштабирова¬ния Caler, в результате которых сделан вывод о повышении эффек¬тивности функционирования облачной системы за счет использова¬ния разработанных методов. В частных случаях, при неизменной аппаратной конфигурации облачной системы, количество потерян¬ных пользовательских запросов уменьшено на 90 и более процен¬тов, что позволяет освободить незадействованные для обработки входящего потока запросов ресурсы и подтверждает снижение энер¬гетических затрат в облачной системе при использовании методики автоматического масштабирования.
Не описанные ранее в литературе подходы, выявленные закономер¬ности и свойства могут быть использованы при проектировании облач¬ных систем, ориентированных на обслуживание нестационарной пользо¬вательской нагрузки. Разработанные методы исследования нестационар¬ной нагрузки могут быть использованы в других прикладных областях. Сформированные в работе имитационные модели могут быть использо¬ваны для дальнейших исследований облачных систем с нестационарной нагрузкой