94 通 信 学 报 第 32 卷 引 言 [] 云 计 算 是 基 于 互 联 网 的 商 业 计 算 模 型, 由 分 布 式 计 算 网 格 计 算 等 技 术 发 展 而 来, 并 融 合 了 近 年 来 的 热 点 技 术 如 虚 拟 化 Web 2.0 等, 利 用 高 速 互 联 网

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1 第 32 卷 第 7 期 通 信 学 报 Vol.32 No.7 20 年 7 月 Joural o Commucatos July 20 云 计 算 环 境 下 QoS 偏 好 感 知 的 副 本 选 择 策 略 熊 润 群, 罗 军 舟, 宋 爱 波, 金 嘉 晖 ( 东 南 大 学 计 算 机 科 学 与 工 程 学 院, 江 苏 南 京 289) 摘 要 : 针 对 一 类 个 体 服 务 质 量 敏 感 的 用 户, 研 究 云 计 算 多 数 据 中 心 环 境 下 QoS 偏 好 感 知 的 副 本 选 择 策 略 根 据 用 户 对 数 据 服 务 的 QoS 需 求, 构 建 副 本 选 择 的 三 维 QoS 模 型, 在 此 基 础 上, 设 计 基 于 层 次 分 析 法 的 QoS 偏 好 感 知 算 法 QoPA 处 理 个 体 服 务 质 量 敏 感 的 约 束 条 件, 并 提 出 基 于 模 糊 综 合 评 判 的 副 本 选 择 算 法 FCE_RS 对 数 据 中 心 每 个 副 本 节 点 进 行 综 合 评 价, 最 终 得 出 QoS 满 意 度 最 高 的 副 本 节 点 分 析 和 实 验 表 明,FCE_RS 算 法 能 为 各 类 个 体 服 务 质 量 敏 感 的 用 户 提 供 合 理 的 副 本 策 略 关 键 词 : 云 计 算 ;QoS 偏 好 感 知 ; 个 体 服 务 质 量 敏 感 ; 副 本 选 择 ; 层 次 分 析 法 ; 模 糊 综 合 评 判 中 图 分 类 号 :TP393 文 献 标 识 码 :A 文 章 编 号 : X(20) QoS preferece-aware replca selecto strategy cloud computg XIONG Ru-qu, LUO Ju-zhou, SONG A-bo, JIN Ja-hu (School of Computer Scece & Egeerg, Southeast Uversty, Najg 289, Cha) Abstract: A QoS preferece-aware replca selecto strategy for a kd of users wth dvdual QoS sestvty (IQS) costrats cloud computg dataceters was put forward advace. Accordg to the QoS requremets of data servces from IQS users, a ovel three-dmesoal QoS model of replca selecto was troduced, ad a QoS preferece-aware algorthm based o aalytc herarchy process (AHP) amed QoPA was proposed to deal wth the IQS costrats. I order to evaluate the replca stes dataceters ad provde the best of them to the IQS users, a algorthm for replca selecto based o fuzzy comprehesve evaluato termed FCE_RS was desged ad mplemeted. Results of expermets show that the FCE_RS ca serve the varous IQS users cloud computg very well by provdg reasoable replca strateges effectvely. Key words: cloud computg; QoS preferece-aware; dvdual QoS sestvty; replca selecto; aalytc herarchy process; fuzzy comprehesve evaluato 收 稿 日 期 : ; 修 回 日 期 : 基 金 项 目 : 国 家 自 然 科 学 基 金 资 助 项 目 (60706,607058, , ); 国 家 重 点 基 础 研 究 发 展 计 划 ( 973 计 划 ) 基 金 资 助 项 目 (200CB32804); 国 家 科 技 支 撑 计 划 基 金 资 助 项 目 (200BAI88B03); 教 育 部 博 士 点 基 金 资 助 项 目 ( ); 江 苏 省 自 然 科 学 基 金 资 助 项 目 (BK ); 国 家 科 技 重 大 专 项 基 金 资 助 项 目 (2009ZX ); 江 苏 省 网 络 与 信 息 安 全 重 点 实 验 室 基 金 资 助 项 目 (BM200320); 计 算 机 网 络 和 信 息 集 成 教 育 部 重 点 实 验 室 基 金 资 助 项 目 (93K-9) Foudato Items: The Natoal Natural Scece Foudato of Cha (60706, , , ); The Natoal Basc Research Program of Cha (973 Program) (200CB32804); The Natoal Key Techology R&D Program of Cha (200BAI88B03); Specalzed Research Fud for the Doctoral Program of Hgher Educato of Cha ( ); The Natural Scece Foudato of Jagsu Provce (BK ); The Natoal S&T Major Project of Cha (2009ZX ); Key Laboratory of Network ad Iformato Securty of Jagsu Provce (BM200320); The Key Laboratory of Computer Network ad Iformato Itegrato of Mstry of Educato of Cha (93K-9)

2 94 通 信 学 报 第 32 卷 引 言 [] 云 计 算 是 基 于 互 联 网 的 商 业 计 算 模 型, 由 分 布 式 计 算 网 格 计 算 等 技 术 发 展 而 来, 并 融 合 了 近 年 来 的 热 点 技 术 如 虚 拟 化 Web 2.0 等, 利 用 高 速 互 联 网 的 传 输 能 力, 将 数 据 处 理 过 程 从 个 人 计 算 机 或 服 务 器 移 到 互 联 网 的 服 务 器 集 群 中 这 些 服 务 器 集 群 由 一 个 或 多 个 大 型 数 据 处 理 中 心 管 理, 数 据 中 心 按 用 户 的 需 要 动 态 分 配 计 算 资 源, 达 到 与 超 级 计 算 机 同 样 的 效 果 数 据 中 心 (data ceter) [2] 作 为 云 计 算 的 重 要 基 础 设 施, 是 建 立 在 异 构 分 布 环 境 下, 对 海 量 数 据 进 行 分 布 式 管 理 分 析 及 使 用 的 一 个 综 合 的 体 系 结 构, 实 现 安 全 可 靠 和 有 效 的 数 据 迁 移 访 问 以 及 复 制 等 操 作, 并 提 供 了 访 问 不 同 存 储 系 统 的 统 一 接 口, 从 而 为 数 据 密 集 型 计 算 和 数 据 处 理 的 实 现 提 供 数 据 服 务 在 云 计 算 环 境 下 部 署 并 执 行 数 据 密 集 型 应 用, 需 要 多 数 据 中 心 的 协 作 这 些 应 用 在 执 行 过 程 中 不 可 避 免 地 需 要 进 行 跨 数 据 中 心 的 数 据 传 输 或 迁 移 为 了 优 化 数 据 资 源 的 使 用 提 高 数 据 的 可 靠 性 以 及 降 低 对 远 端 数 据 的 访 问 延 迟 和 带 宽 消 耗, 数 据 管 理 中 心 通 常 会 利 用 数 据 复 制 技 术 在 一 个 数 据 中 心 的 多 个 节 点 以 及 多 个 数 据 中 心 上 建 立 同 一 数 据 的 多 个 副 本 供 云 计 算 应 用 随 需 访 问, 从 而 保 障 云 服 务 的 服 务 质 量 (QoS, qualty of servce) 例 如, 一 个 搜 索 引 擎 的 应 用 会 涉 及 到 整 个 互 联 网 的 数 据 这 些 数 据 会 首 先 被 复 制 到 云 计 算 平 台 的 多 个 数 据 中 心, 并 通 过 索 引 分 析 排 序 检 索 来 给 出 用 户 搜 索 的 结 果 期 间, 数 据 调 度 服 务 会 对 大 量 相 关 数 据 块 或 其 副 本 进 行 多 次 调 用 和 访 问, 涉 及 到 的 数 据 量 都 是 以 太 字 节 计, 使 用 的 节 点 数 目 可 能 超 过 000 个 在 多 数 据 中 心 环 境 下, 数 据 副 本 的 存 在 就 产 生 了 如 何 根 据 实 际 的 数 据 调 度 请 求 选 择 最 佳 数 据 副 本 的 问 题, 这 就 是 副 本 选 择 服 务 (replca selecto servce) 如 何 为 大 量 数 据 敏 感 的 云 计 算 应 用 提 供 满 意 度 最 高 的 数 据 或 其 副 本 以 快 速 响 应 按 需 服 务 的 数 据 处 理 需 求, 提 高 云 服 务 QoS, 变 得 至 关 重 要 此 外, 以 Web 2.0 模 式 为 主 的 互 联 网 应 用 是 目 前 云 计 算 的 主 要 服 务 对 象, 这 些 应 用 的 典 型 特 征 是 用 户 产 生 内 容 (UGC, user geerated cotet) [3] 以 Youtube 视 频 共 享 为 例, 每 天 有 几 十 万 部 视 频 上 传 到 数 据 中 心, 用 户 可 以 根 据 自 己 的 喜 好 随 意 搜 索 点 播 或 者 共 享 这 些 视 频 随 着 这 类 应 用 的 不 断 扩 展, 出 现 一 类 约 束 条 件 更 为 严 格 的 QoS 需 求 [4~6] : 每 个 应 用 的 用 户 在 发 出 服 务 请 求 之 前 都 有 个 性 化 的 QoS 偏 好 需 求, 这 些 偏 好 反 映 了 用 户 对 于 云 服 务 的 某 种 QoS 属 性 的 一 种 偏 爱 程 度 例 如, 有 些 Youtube 用 户 希 望 获 得 高 清 在 线 视 频 而 宁 愿 等 待 较 长 的 缓 冲 时 间, 而 有 些 用 户 则 宁 愿 选 择 清 晰 度 较 低 的 在 线 视 频 也 不 愿 意 等 待 视 频 缓 冲 本 文 称 这 种 QoS 偏 好 为 个 体 服 务 质 量 敏 感 (IQS, dvdual QoS sestvty), 称 满 足 IQS 约 束 条 件 的 技 术 为 QoS 偏 好 感 知 技 术 云 环 境 下 面 对 用 户 带 有 模 糊 性 和 非 定 量 的 IQS 约 束 条 件, 如 何 设 计 和 实 现 QoS 偏 好 感 知 算 法 是 一 个 挑 战 2 相 关 工 作 随 着 云 计 算 日 益 受 到 重 视, 目 前 出 现 了 一 些 云 计 算 环 境 下 的 数 据 管 理 系 统, 主 要 有 Google fle system (GFS) [7] 和 Hadoop dstrbuted fle system (HDFS) [8] 当 云 计 算 数 据 中 心 接 收 到 一 个 数 据 文 件 时, 这 些 数 据 管 理 系 统 会 自 动 把 该 文 件 分 为 若 干 等 大 块, 并 将 每 个 块 随 机 放 置 于 数 据 中 心 的 某 个 集 群 中 同 时, 为 了 提 高 数 据 可 靠 性 和 可 用 性, 每 一 个 文 件 块 都 会 有 多 个 副 本 存 在 因 此 有 必 要 对 数 据 中 心 中 的 数 据 副 本 进 行 有 效 地 管 理 以 支 持 数 据 调 度 [9] 服 务 副 本 管 理 服 务 可 缩 短 数 据 访 问 的 平 均 响 应 时 间 减 少 通 信 开 销 总 量 和 网 络 流 量, 并 能 均 衡 负 载 提 高 数 据 可 靠 性 与 可 用 性 但 是, 现 有 云 计 算 环 境 下 的 数 据 管 理 系 统 对 于 数 据 副 本 的 管 理 功 能 均 比 较 简 单, 尤 其 对 于 多 数 据 中 心 间 的 数 据 调 度 和 副 本 选 择 服 务 支 持 力 度 不 够 [8], 无 法 满 足 越 来 越 多 的 带 有 IQS 约 束 的 数 据 密 集 型 应 用 传 统 分 布 式 计 算 和 网 格 计 算 对 数 据 副 本 管 理 进 行 了 广 泛 深 入 的 研 究, 尤 其 在 数 据 网 格 领 域, 许 多 学 者 对 数 据 副 本 选 择 服 务 进 行 了 相 关 研 究 [0~3], 这 些 工 作 主 要 为 满 足 特 定 用 户 访 问 需 求, 选 择 那 些 响 应 时 间 最 短 的 副 本 由 于 副 本 响 应 时 间 无 法 提 前 计 算, 其 研 究 关 键 就 是 对 数 据 的 响 应 时 间 进 行 预 测, 根 据 预 测 结 果 进 行 副 本 选 择 虽 然 上 述 方 案 能 够 在 一 定 程 度 上 预 测 副 本 的 响 应 时 间, 但 他 们 都 没 有 考 虑 数 据 网 格 系 统 中 副 本 的 可 靠 性 以 及 动 态 性 等 特 征 此 外, 文 献 [4] 对 适 用 于 副 本 选 择 服 务 的 QoS 参 数 进 行 了 相 关 研 究, 提 出 了 包 括 响 应 时 间 可 靠 性 和 安 全 性 在 内 的 QoS 属 性 集 从 系 统 整 体 公 平 性 角 度 对 3 个 选 择 标 准 进 行 特 殊 的 量 化 处 理, 为 用 户 选 择 最 优 副 本 提 供 合 理 的 依 据 该 研 究 在 副 本 选 择 的 多 重 评 价 指 标 统 一 量 化 方 面 做 出 了 有 效 尝 试, 值 得 借 鉴 然 而, 上 述 数 据 网 格 领 域 的 所 提 副

3 第 7 期 熊 润 群 等 : 云 计 算 环 境 下 QoS 偏 好 感 知 的 副 本 选 择 策 略 95 本 选 择 策 略 均 没 有 从 用 户 角 度 出 发 考 虑 按 需 服 务 的 数 据 请 求, 不 能 处 理 IQS 的 约 束 条 件 以 实 现 用 户 QoS 偏 好 感 知, 因 此 不 能 直 接 应 用 到 云 计 算 环 境 下 为 此, 本 文 通 过 分 析 云 计 算 多 数 据 中 心 环 境 下 数 据 服 务 QoS 的 特 点, 为 满 足 IQS 用 户 按 需 服 务 的 要 求, 提 出 一 个 QoS 偏 好 感 知 的 副 本 选 择 策 略 首 先, 在 全 面 考 虑 多 数 据 中 心 的 数 据 服 务 所 涉 及 的 QoS 属 性 的 基 础 上, 提 出 了 数 据 副 本 选 择 的 三 维 [5] QoS 模 型 ; 在 此 模 型 基 础 上, 利 用 层 次 分 析 法 (AHP, aalytc herarchy process) 的 思 想 对 带 有 模 糊 性 的 IQS 用 户 的 QoS 偏 好 需 求 进 行 条 理 化 层 级 化 与 数 量 化, 构 造 出 一 个 层 次 分 析 的 结 构 模 型 以 满 足 IQS, 实 现 用 户 QoS 偏 好 感 知 ; 最 后, 基 于 二 级 [6] 模 糊 综 合 评 判 对 数 据 中 心 的 所 有 数 据 副 本 进 行 综 合 评 判, 从 而 选 择 出 最 佳 数 据 副 本 为 云 环 境 下 的 数 据 调 度 服 务 3 QoS 偏 好 感 知 的 副 本 选 择 策 略 本 节 首 先 建 立 了 云 计 算 环 境 下 副 本 选 择 的 三 维 QoS 模 型 ; 基 于 此, 为 了 准 确 获 取 用 户 QoS 偏 好 敏 感 度, 利 用 层 次 分 析 法 AHP 对 IQS 约 束 条 件 进 行 处 理 ; 最 后 基 于 二 级 模 糊 综 合 评 判 的 思 想 设 计 并 实 现 QoS 偏 好 感 知 的 数 据 副 本 选 择 策 略 3. 三 维 QoS 模 型 以 服 务 为 中 心 的 云 计 算 中, 所 有 一 切 都 是 服 务 这 一 特 性 要 求 云 计 算 的 QoS 保 证 机 制 也 以 服 务 的 形 式 提 供 给 云 用 户 云 计 算 数 据 中 心 运 行 在 互 联 网 之 上, 单 纯 的 网 络 QoS 机 制 不 能 够 完 全 保 证 云 用 户 的 QoS 需 求 数 据 中 心 中 除 了 计 算 资 源 外, 最 重 要 的 就 是 数 据 资 源, 此 外 还 有 网 络 存 储 等 其 他 类 型 资 源 用 户 QoS 偏 好 感 知 的 数 据 服 务 要 求 所 有 这 些 资 源, 都 能 按 需 地 向 云 用 户 提 供 相 应 的 QoS 保 证 所 有 这 些 资 源 都 为 端 到 端 QoS 做 出 了 贡 献, 但 是 在 多 数 据 中 心 中 端 到 端 资 源 QoS 并 不 是 所 涉 及 的 这 些 资 源 简 单 线 性 的 组 合, 而 需 要 高 层 对 它 们 进 行 协 调 分 级 处 理 以 满 足 IQS 约 束, 实 现 用 户 QoS 偏 好 感 知 然 而, 目 前 为 止 鲜 有 相 关 研 究 对 副 本 选 择 服 务 的 QoS 进 行 相 应 的 建 模 文 献 [4] 仅 是 提 出 了 粗 粒 度 的 副 本 选 择 QoS 参 数, 未 对 其 进 行 细 粒 度 建 模 处 理 ; 文 献 [7] 则 对 适 用 于 Web 服 务 的 QoS 模 型 进 行 了 相 关 研 究, 提 出 了 包 括 响 应 时 间 吞 吐 量 可 靠 性 可 用 性 准 确 性 安 全 性 等 在 内 的 QoS 属 性 集 为 此, 本 文 参 考 Web 服 务 的 QoS 模 型 并 结 合 数 据 中 心 副 本 选 择 服 务 工 作 流 程 所 涉 及 的 资 源 ( 包 括 端 到 端 网 络 数 据 副 本 及 其 宿 主 节 点 ) 属 性, 从 可 靠 性 时 间 性 以 及 安 全 性 3 个 维 度 对 副 本 选 择 服 务 进 行 细 粒 度 QoS 建 模, 提 出 副 本 选 择 的 三 维 QoS 模 型 ( 如 图 所 示 ), 为 随 后 研 究 的 副 本 选 择 算 法 奠 定 基 础 该 模 型 的 3 个 维 度 之 间 彼 此 正 交 且 存 在 层 次 关 系, 可 靠 性 是 基 础 维 度, 时 间 性 是 标 准 维 度, 而 安 全 性 是 高 层 维 度 可 靠 性 维 度 : 在 实 际 云 计 算 数 据 中 心 的 调 度 过 程 中, 高 可 靠 的 数 据 访 问 服 务 是 云 服 务 顺 利 执 行 的 重 要 保 障 特 别 地, 对 于 一 些 高 优 先 级 高 密 度 的 服 务, 如 果 在 数 据 执 行 任 务 期 间 出 现 了 服 务 中 断 或 者 说 是 服 务 稳 定 性 抖 动, 就 可 能 会 对 服 务 的 顺 利 执 行 造 成 影 响 或 者 得 到 非 预 期 的 结 果, 从 而 影 响 用 户 的 QoS 满 意 度 因 此, 数 据 中 心 持 续 服 务 的 能 力 即 服 务 的 可 靠 性 是 副 本 选 择 服 务 的 基 础 主 要 QoS 属 性 包 括 如 下 ) 宿 主 节 点 可 用 性 : 表 示 数 据 中 心 的 宿 主 节 点 持 续 对 各 类 数 据 密 集 型 应 用 提 供 数 据 访 问 服 务 的 能 力, 为 简 化 起 见, 本 文 采 用 节 点 CPU 使 用 率 度 量 图 副 本 选 择 的 三 维 QoS 模 型

4 96 通 信 学 报 第 32 卷 2) 网 络 传 输 可 靠 性 : 是 衡 量 多 数 据 中 心 之 间 在 规 定 时 间 内 数 据 传 输 或 迁 移 精 确 性 完 整 性 的 指 标, 可 以 采 用 误 码 率 度 量, 误 码 率 越 低 可 靠 性 越 强 3) 数 据 副 本 一 致 性 : 网 络 使 数 据 在 空 间 上 进 行 传 播, 存 储 使 数 据 在 时 间 上 得 到 延 续 数 据 在 时 间 上 得 到 延 续 的 同 时, 在 不 断 地 被 读 写, 不 断 地 更 新 数 据 随 时 间 不 断 变 化 的 特 点 使 得 数 据 副 本 一 致 性 成 为 衡 量 数 据 可 靠 性 的 重 要 指 标 采 用 数 据 更 新 率 度 量, 更 新 越 频 繁 一 致 性 越 弱 时 间 性 维 度 : 数 据 中 心 作 为 云 计 算 的 重 要 基 础 设 施, 不 仅 需 要 执 行 机 器 学 习 数 据 挖 掘 Web 索 引 等 大 规 模 数 据 处 理 作 业, 还 需 要 快 速 响 应 交 互 式 查 询 等 用 户 请 求 在 数 据 调 度 过 程 中, 访 问 延 迟 和 带 宽 消 耗 是 影 响 云 服 务 QoS 的 重 要 方 面 基 于 此, 本 文 把 响 应 时 间 作 为 副 本 选 择 三 维 QoS 模 型 的 标 准 维 度, 其 主 要 QoS 属 性 包 括 如 下 ) 磁 盘 读 写 速 度 : 文 献 [] 统 计 分 析 表 明, 在 分 布 式 环 境 中, 磁 盘 I/O 速 度 在 数 据 传 输 时 间 中 所 占 的 比 重 最 高 可 达 到 30%, 成 为 网 络 中 大 数 据 块 文 件 传 输 的 瓶 颈, 是 影 响 数 据 副 本 访 问 时 间 的 重 要 因 素 之 一 2) 可 用 网 络 带 宽 : 传 输 带 宽 决 定 了 数 据 的 传 输 速 率, 因 此 数 据 中 心 之 间 最 大 可 用 带 宽 可 成 为 副 本 选 择 的 一 个 依 据 3) 网 络 传 输 延 迟 : 表 示 用 户 发 出 数 据 服 务 请 求 到 宿 主 节 点, 并 得 到 响 应 回 传 的 这 一 段 时 间, 反 应 了 数 据 中 心 之 间 网 络 拥 塞 及 稳 定 程 度 安 全 性 维 度 : 安 全 QoS 是 由 云 计 算 数 据 中 心 提 供 的 用 来 表 明 云 服 务 自 身 安 全 级 别 和 云 服 务 访 问 控 制 策 略 等 方 面 的 QoS 参 数, 属 于 较 高 层 次 的 QoS 需 求 在 多 数 据 中 心 环 境 中, 既 需 要 考 虑 数 据 自 身 的 安 全 性 又 考 虑 数 据 环 境 的 安 全 性, 主 要 QoS 属 性 包 括 如 下 ) 宿 主 节 点 安 全 性 : 表 示 云 服 务 访 问 控 制 策 略 QoS, 使 得 宿 主 节 点 一 方 面 可 以 确 定 合 法 的 云 用 户 以 及 不 同 角 色 用 户 的 不 同 使 用 权 限, 从 而 实 现 区 分 访 问 的 控 制 ; 另 一 方 面 可 以 实 现 与 本 地 安 全 管 理 策 略 的 无 缝 映 射 2) 网 络 传 输 安 全 性 : 表 示 数 据 传 输 过 程 中, 对 服 务 的 访 问 进 行 验 证 鉴 别 和 授 权, 防 止 云 用 户 所 需 相 关 信 息 被 非 法 用 户 侵 入 或 篡 改 3) 数 据 副 本 完 整 性 : 反 应 用 户 对 数 据 整 体 的 完 整 一 致 性 需 求, 即 要 求 数 据 的 实 际 内 容 与 标 称 内 容 一 致, 保 证 数 据 不 会 出 现 恶 意 代 码 或 者 被 非 法 篡 改 同 文 献 [4] 提 出 的 粗 粒 度 副 本 选 择 QoS 参 数 相 比, 本 文 的 细 粒 度 三 维 QoS 模 型 能 细 化 云 用 户 的 QoS 需 求 层 次, 支 持 多 维 度 多 属 性 QoS 敏 感 约 束 并 在 单 个 维 度 以 及 多 个 维 度 的 不 同 组 合 条 件 下 灵 活 地 实 现 QoS 偏 好 感 知 的 副 本 选 择 服 务 3.2 QoS 偏 好 感 知 算 法 随 着 以 Web 2.0 模 式 为 主 的 互 联 网 应 用 的 不 断 拓 展, 在 云 计 算 多 数 据 中 心 的 数 据 调 度 过 程 中, 很 多 用 户 针 对 应 用 的 一 些 特 性 会 提 出 一 些 带 有 偏 好 的 QoS 需 求 发 送 给 云 计 算 平 台, 这 些 QoS 偏 好 需 求 往 往 带 有 主 观 模 糊 性 传 统 分 布 式 领 域 的 副 本 选 择 策 略 无 法 对 这 些 带 模 糊 性 的 QoS 需 求 进 行 处 理, 因 此 考 虑 的 选 择 标 准 都 比 较 单 一 且 都 是 定 量 的, 不 能 直 接 应 用 到 云 计 算 环 境 本 文 在 三 维 QoS 模 型 的 [5] 基 础 上, 利 用 AHP 的 核 心 思 想 对 用 户 带 有 主 观 模 糊 性 的 IQS 约 束 条 件 进 行 量 化 处 理, 提 出 如 下 QoS 偏 好 感 知 的 算 法 (QoPA, QoS preferece-aware algorthm), 实 现 对 用 户 QoS 偏 好 需 求 的 感 知 QoPA 算 法 的 详 细 描 述 如 下 步 骤 根 据 三 维 QoS 模 型, 构 建 副 本 选 择 的 多 层 次 递 阶 结 构, 如 图 2 所 示 QoS 满 意 度 最 高 的 数 据 副 本 是 副 本 选 择 的 最 终 目 标, 因 此 定 义 为 目 标 层 ; 用 户 QoS 需 求 可 以 从 3 个 维 度 ( 可 靠 性 时 间 性 安 全 性 ) 考 虑, 是 实 现 副 本 选 择 的 粗 粒 度 参 数, 定 位 为 准 则 层 ; 最 底 层 则 是 具 体 的 QoS 属 性 集, 由 选 择 服 务 过 程 涉 及 的 系 统 资 源 属 性 根 据 数 据 访 问 的 特 性 抽 象 而 来, 为 属 性 层 步 骤 2 根 据 用 户 QoS 偏 好, 结 合 ~9 比 率 标 度 法 ( 具 体 含 义 见 表 ), 对 准 则 层 和 属 性 层 构 造 两 两 比 较 的 判 断 矩 阵, 分 别 得 到 4 个 判 断 矩 阵 A A k (k=,2,3) 表 因 素 x, y 相 比 较 x 与 y 同 等 重 要 x 比 y 稍 微 重 要 ~9 比 率 标 度 法 含 义 含 义 x, y 对 总 目 标 有 相 同 的 贡 献 x 的 贡 献 稍 大 于 y, 但 不 明 显 x 比 y 明 显 重 要 x 的 贡 献 明 显 大 于 y, 但 不 十 分 明 显 x 比 y 十 分 重 要 x 比 y 极 其 重 要 x 比 y 处 于 上 述 相 邻 判 断 之 间 x 的 贡 献 十 分 明 显 大 于 y, 但 不 特 别 突 出 标 度 值 f (x, y) 标 度 值 f (y, x) 3 /3 5 /5 7 /7 x 的 贡 献 以 压 倒 性 优 势 大 于 y 9 /9 相 邻 两 判 断 的 折 中 2,4,6,8 /2,/4, /6,/8

5 第 7 期 熊 润 群 等 : 云 计 算 环 境 下 QoS 偏 好 感 知 的 副 本 选 择 策 略 97 图 2 副 本 选 择 多 层 次 递 阶 结 构 具 体 地,A=(a j ) 3 3 表 示 用 户 QoS 的 偏 好 需 求 在 准 则 层 3 个 维 度 上 的 体 现 其 中,a j = f (x, x j ), (, j=,2,3),x 表 示 可 靠 性,x 2 时 间 性,x 3 安 全 性 明 显 地, 判 断 矩 阵 A 中 所 有 元 素 均 满 足 以 下 2 个 性 质 性 质 若 a j >, 则 对 总 目 标 而 言, 因 素 x 比 因 素 x j 重 要 ; 若 a j <, 则 x j 比 x 重 要 ; 若 a j =, 则 x 与 x j 同 等 重 要 性 质 2 a =, a j >0, a j =/ a j (, j=,2,3)( 称 为 正 互 反 性 ) 同 理 可 得 属 性 层 中, 用 户 对 具 体 QoS 属 性 偏 好 的 3 个 判 断 矩 阵 A k =(a k j) 3 3, 其 中,a k j=f (x k, x k j),k=,2,3 这 些 矩 阵 的 元 素 同 样 满 足 以 上 2 个 性 质 步 骤 3 首 先, 根 据 几 何 平 均 法 对 步 骤 2 的 4 个 判 断 矩 阵, 进 行 单 一 准 则 下 元 素 相 对 权 重 的 计 算 ; 然 后 对 判 断 矩 阵 进 行 一 致 性 检 验 下 面 以 A 为 例, 求 可 靠 性 时 间 性 安 全 性 对 于 总 目 标 的 相 对 权 重, 写 成 向 量 形 式 即 为 W={w,w 2,w 3 }, 并 对 A 进 行 一 致 性 检 验 具 体 如 下 ) 将 A 的 各 个 行 向 量 进 行 几 何 平 均, 然 后 归 一 化, 得 到 的 行 向 量 就 是 权 重 向 量 其 计 算 公 式 为 w = j= a k = j= j a kj, =, 2, 3 2) 在 计 算 单 准 则 下 权 重 向 量 时, 还 必 须 进 行 一 致 性 检 验 在 判 断 矩 阵 的 构 造 中, 并 不 要 求 判 断 具 有 传 递 性 和 一 致 性, 即 不 要 求 a j a jk =a k 严 格 成 立, 这 是 由 客 观 事 物 的 复 杂 性 与 人 的 认 识 的 多 样 性 所 决 定 的 但 要 求 判 断 矩 阵 满 足 大 体 上 的 一 致 性 具 体 步 骤 如 下 计 算 一 致 性 指 标 CI(cosstecy dex): λmax CI = 其 中, 是 评 判 矩 阵 A 的 阶 数 ( 此 处 =3), λ max = aw j j j= 为 A 的 最 大 特 征 根 = w 2 计 算 一 致 性 比 例 CR(cosstecy rato): CI CR = RI 其 中,RI(radom dex) 为 平 均 随 机 一 致 性 指 标, 表 2 给 出 了 ~5 阶 正 互 反 矩 阵 计 算 000 次 得 到 的 平 均 随 机 一 致 性 指 标 表 2 平 均 随 机 一 致 性 指 标 RI 2 /

6 98 通 信 学 报 第 32 卷 3 一 致 性 判 断 : 当 CR<0. 时, 认 为 判 断 矩 阵 的 一 致 性 是 可 以 接 受 的 ; 当 CR 0. 时, 应 该 对 判 断 矩 阵 做 适 当 修 正, 再 重 复 上 述 步 骤 进 行 处 理 如 果 一 致 性 检 验 最 终 通 过,W 即 为 所 求 的 权 重 向 量 同 理, 可 对 A k (k=,2,3) 进 行 相 应 的 处 理 得 到 对 应 的 权 重 向 量 W W 2 W 3 通 过 QoPA 算 法, 能 对 云 用 户 带 有 模 糊 性 和 非 定 量 的 IQS 约 束 条 件 进 行 处 理, 从 而 实 现 云 用 户 对 数 据 服 务 的 QoS 偏 好 感 知, 获 得 相 应 的 反 应 IQS 云 用 户 的 偏 好 权 重 向 量, 为 下 面 所 提 的 副 本 选 择 算 法 提 供 重 要 依 据 3.3 QoS 偏 好 感 知 的 副 本 选 择 算 法 本 文 提 出 云 计 算 环 境 下 的 三 维 QoS 模 型 虽 然 具 有 较 强 的 描 述 能 力, 但 是 其 中 含 有 的 不 确 定 数 据 ( 区 间 型 和 语 言 型 ) 却 使 得 目 前 的 决 策 选 择 算 法 失 去 了 效 力 在 本 节, 介 绍 基 于 二 级 模 糊 综 合 评 判 的 副 本 选 择 算 法 FCE_RS(fuzzy comprehesve evaluato for replca selecto) 用 来 对 这 种 以 异 构 形 式 描 述 的 QoS 数 据 进 行 综 合 评 估 并 最 终 为 用 户 选 择 出 最 优 的 数 据 副 本 其 核 心 思 想 : 首 先, 自 顶 向 下 分 析 副 本 选 择 过 程 涉 及 的 QoS 属 性, 建 立 起 这 些 属 性 因 素 集 的 递 阶 层 次 结 构 ; 然 后, 应 用 QoS 偏 好 感 知 算 法 QoPA 确 定 属 性 维 度 相 对 于 决 策 目 标 的 权 重 向 量 以 及 各 个 QoS 属 性 相 对 于 维 度 的 权 重 集, 并 应 用 模 糊 映 射 技 术 对 待 评 价 的 副 本 节 点 进 行 单 因 素 评 判 ; 最 后, 自 下 向 上 逐 层 综 合, 进 行 模 糊 综 合 评 判, 直 到 求 出 该 副 本 节 点 的 最 终 评 判 结 果 FCE_RS 算 法 的 详 细 描 述 如 下 步 骤 确 定 并 划 分 云 用 户 QoS 需 求 的 属 性 集 U 根 据 副 本 选 择 三 维 QoS 模 型 ( 如 图 所 示 ), 将 云 用 户 QoS 需 求 的 属 性 集 U 分 为 3 类 属 性 子 集, 即 第 一 级 因 素 集 :U={U ( 可 靠 性 ),U 2 ( 时 间 性 ), U 3 ( 安 全 性 )}; 其 中,U ={u () ( 宿 主 节 点 可 用 性 ), u () 2 ( 网 络 传 输 可 靠 性 ),u () 3 ( 数 据 副 本 一 致 性 )}, U 2 ={u (2) ( 磁 盘 读 写 速 度 ),u (2) 2 ( 可 用 网 络 带 宽 ), u (2) 3 ( 网 络 传 输 延 迟 )},U 3 ={u (3) ( 宿 主 节 点 安 全 性 ),u (3) 2 ( 网 络 传 输 安 全 性 ),u (3) 3 ( 数 据 副 本 完 整 性 )} 为 第 二 级 因 素 集 步 骤 2 给 出 用 户 QoS 满 意 度 评 价 集 V 副 本 选 择 的 最 终 目 标 就 是 为 用 户 提 供 QoS 满 意 度 最 高 的 数 据 副 本, 从 而 为 数 据 调 度 服 务 不 论 QoS 属 性 分 为 几 类, 作 为 对 评 判 对 象 总 的 各 种 可 能 评 判 结 果, 其 评 判 等 级 构 成 的 评 价 集 只 有 一 个 为 了 统 一 评 价 结 果, 本 文 设 V={I 级,II 级,III 级, IV 级,V 级 }( 等 级 越 高, 用 户 满 意 度 也 越 高, 即 I 级 满 意 度 最 低,V 级 满 意 度 最 高 ) 步 骤 3 利 用 QoS 感 知 技 术 确 定 用 户 QoS 偏 好 本 文 的 副 本 选 择 策 略 满 足 IQS 约 束, 实 现 用 户 QoS 偏 好 感 知 体 现 在 FCE_RS 算 法 过 程 就 是 利 用 QoPA 算 法 把 用 户 QoS 需 求 偏 好 量 化 成 综 合 评 判 的 权 重 集 FCE_RS 算 法 权 重 集 包 括 属 性 维 权 重 集 与 属 性 权 重 集 具 体 过 程 如 下 ) 根 据 用 户 对 各 维 QoS 属 性 的 偏 好 程 度, 利 用 QoPA 求 得 各 维 度 相 应 的 权 数 得 第 维 属 性 U 的 权 数 为 a (=,2,3), 则 属 性 维 权 重 集 为 A = ( a, a, a ) 2 3 2) 同 理, 在 每 一 维 QoS 属 性 中, 利 用 QoPA 求 得 每 个 属 性 相 应 的 权 数 得 第 维 中 第 j 个 属 性 () u j 的 权 数 为 a () j (,j=,2,3), 从 而 得 到 该 属 性 权 重 集 () () () 为 : A = ( a, a, a ) (=,2,3) 2 3 步 骤 4 计 算 待 评 价 副 本 节 点 的 第 二 级 因 素 集 相 对 应 的 单 因 素 评 判 矩 阵 经 过 分 析, 本 文 三 维 QoS 模 型 选 择 的 9 个 QoS 关 键 属 性 存 在 如 下 问 题 :) 无 公 度 性, 即 各 个 属 性 的 量 纲 不 同 ;2) 各 个 属 性 的 变 化 范 围 不 同 ;3) 对 抗 性, 即 有 的 属 性 取 值 是 越 大 越 好 ( 效 益 型 ), 而 有 的 越 小 越 好 ( 成 本 型 ) 等 为 了 计 算 和 评 价 QoS 属 性, 得 到 单 因 素 评 判 矩 阵, 必 须 对 QoS 属 性 进 行 规 范 化 处 理, 以 解 决 不 同 属 性 间 的 不 可 公 度 性 及 对 立 性 等 影 响, 方 便 属 性 的 比 较 和 综 合 运 算 针 对 副 本 节 点 第 二 级 因 素 集 U 中 的 每 个 QoS 属 性 u () j, 根 据 该 节 点 的 实 际 情 况, 结 合 表 3 分 别 建 立 相 应 的 模 糊 映 射 以 确 定 各 因 素 的 隶 属 度 函 数 在 此, 给 出 CPU 使 用 率 的 隶 属 度 函 数, 如 下 5 个 公 式 所 示, 其 余 QoS 属 性 的 隶 属 度 函 数 与 之 类 似, x 80 µ I ( x) =, x < (80 x) x, x 60 6 µ II ( x) =, 60< x< x, x 80 2 () (2)

7 第 7 期 熊 润 群 等 : 云 计 算 环 境 下 QoS 偏 好 感 知 的 副 本 选 择 策 略 99 表 3 QoS 属 性 度 量 值 及 其 评 价 分 类 标 准 值 表 QoS 属 性 评 价 分 类 标 准 值 QoS 属 性 度 量 值 类 型 I 级 II 级 III 级 IV 级 V 级 节 点 可 用 性 CPU 使 用 率 成 本 型 网 络 可 靠 性 误 码 率 成 本 型 副 本 一 致 性 数 据 更 新 频 率 成 本 型 磁 盘 读 写 速 度 磁 盘 I/O 速 度 效 益 型 可 用 网 络 带 宽 可 用 带 宽 效 益 型 网 络 传 输 延 迟 TTL 成 本 型 节 点 安 全 性 访 问 控 制 策 略 效 益 型 网 络 安 全 性 传 输 安 全 策 略 效 益 型 极 繁 忙 较 繁 忙 一 般 忙 较 空 闲 很 空 闲 [80,00]% (60,80)% [40,60]% (20,40)% 20% 很 高 较 高 一 般 较 低 很 低 >0 8 (0 9, 0 8 ] (0 0, 0 9 ] (0 2, 0 0 ] 0 2 很 高 较 高 一 般 较 低 很 低 < mpt (, 60]mpt (, 24]hpt (24, 48]hpt >48hpt 低 较 低 一 般 较 高 很 高 (0,20)MB/s [20,40)MB/s [40,60)MB/s [60,00)MB/s 00MB/s 低 较 低 一 般 较 高 很 高 < Mbt/s [,20) Mbt/s [20,80) Mbt/s [80,400) Mbt/s 400 Mbt/s 很 长 较 长 一 般 较 短 很 短 >500ms (00,500] ms (50,00] ms (0,50] ms (0,0] ms 低 较 低 一 般 较 高 很 高 0 项 项 2 项 3 项 >3 项 低 较 低 一 般 较 高 很 高 0 项 项 2 项 3 项 >3 项 低 较 低 一 般 较 高 很 高 副 本 完 整 性 数 据 安 全 策 略 效 益 型 0 项 项 2 项 3 项 >3 项 备 注 :x-mpt (x-mutes per tme): 表 示 每 x 分 钟 一 次 ; x-hpt (x- hours per tme): 表 示 每 x 小 时 一 次 ; 访 问 控 制 策 略 包 括 : 接 入 访 问 控 制 操 作 权 限 控 制 目 录 安 全 控 制 属 性 安 全 控 制 防 火 墙 控 制 ; 传 输 安 全 策 略 包 括 : 用 户 认 证 及 访 问 控 制 VLAN MPLS VPN 即 时 监 控 与 报 警 ; 数 据 安 全 策 略 包 括 : 动 态 封 包 过 滤 侦 测 网 络 入 侵 及 防 止 攻 击 网 络 地 址 转 换 用 户 认 证 AES 加 密 x, x < 40 4 µ III ( x) =, 40 x 60 (3) 00 x, x > 60 4 x, x 20 2 µ IV ( x) =, 20< x< 40 (4) 00 x, x 40 6, x 20 µ V ( x) = (5), x > ( x 20) 然 后, 根 据 各 因 素 的 隶 属 度 函 数, 进 行 单 因 素 评 判, 从 而 得 到 该 副 本 节 点 的 3 个 单 因 素 评 判 矩 阵 : r r r R = r r r r r r () () () 2 5 () () () () () () r r r R = r r r r r r (2) (2) (2) 2 5 (2) (2) (2) (2) (2) (2) r r r R = r r r r r r (3) (3) (3) 2 5 (3) (3) (3) (3) (3) (3) 步 骤 5 进 行 一 级 模 糊 综 合 评 判 对 每 一 维 度 U 的 3 个 QoS 属 性 进 行 一 级 模 糊 综 合 评 判, 得 到 3 个 一 级 评 判 结 果 r r r B = A R = ( a, a, a ) r r r r r r = ( b, b,, b ) () () () 2 5 () () () 2 5 () () () () () () () () () 其 中, 为 模 糊 广 义 算 子 代 表 综 合 评 判 函 数, 主 要 有 5 种 计 算 模 型 [8] 本 文 均 采 用 加 权 平 均 模 型 3 () () () M(,+), 即 有 : b = a r, 3 () a = (j=,2,,5) j k kj k = k k =

8 00 通 信 学 报 第 32 卷 该 模 型 对 所 有 因 素 依 权 重 大 小 均 衡 兼 顾, 适 用 于 本 文 考 虑 各 QoS 属 性 都 起 作 用 的 情 况 步 骤 6 进 行 二 级 模 糊 综 合 评 判 将 维 度 U 作 为 一 个 元 素 看 待, 用 B 作 为 它 的 单 因 素 评 判, 于 是 得 到 二 级 单 因 素 评 判 矩 阵 : T R = ( B, B2, B3) 再 根 据 步 骤 3 所 得 属 性 维 权 重 A = ( a, a, a ) 可 得 到 二 级 综 合 评 判 结 果 : 2 3 B = A R = ( a, a, a ) ( B, B, B ) Τ = ( b, b,, b ) 步 骤 7 计 算 每 个 副 本 节 点 的 分 值, 并 加 以 排 序 选 出 最 优 者 首 先, 针 对 用 户 QoS 满 意 度 评 价 集 V={I,II, III, IV, V}, 设 定 其 对 应 的 分 值 集 为 V P ={0,30,50,70,90}, 得 分 越 高 说 明 用 户 越 满 意 ; 其 次, 假 定 候 选 副 本 集 合 中 有 m 个 副 本 节 点, 重 复 上 述 步 骤 4~ 步 骤 7 分 别 对 每 一 个 副 本 节 点 进 行 处 理, 得 到 m 个 二 级 综 合 评 判 结 果 : B = ( b, b,, b ), =,2,, m; 最 后, 计 算 这 m 个 副 本 节 点 2 5 P Τ 的 最 终 得 分 : P = B ( V ) ; 这 样, 最 佳 副 本 就 是 由 max( P) 对 应 的 数 据 中 心 节 点 提 供 [, m] 4 实 验 分 析 与 验 证 为 了 分 析 本 文 所 提 副 本 选 择 策 略 的 有 效 性 和 相 关 算 法 性 能, 笔 者 设 计 并 实 现 了 一 个 基 于 Java 的 云 计 算 副 本 选 择 模 拟 仿 真 平 台, 模 拟 云 服 务 从 提 交 作 业 开 始 到 发 出 数 据 请 求 以 及 数 据 请 求 被 响 应 后 的 副 本 选 择 执 行 过 程 通 过 收 集 仿 真 平 台 中 各 副 本 节 点 的 相 关 性 能 参 数, 为 副 本 选 择 算 法 FCE_RS 提 供 有 效 的 评 判 依 据 4. 实 验 环 境 与 配 置 系 统 运 行 平 台 的 基 本 配 置 如 下 :Itel Core 2 Quad CPU 主 存,320GB 硬 盘 (7 200r/m) 仿 真 平 台 由 5 大 模 块 组 成 : 模 拟 条 件 生 成 器 负 责 为 副 本 选 择 策 略 生 成 各 种 模 拟 条 件, 包 括 多 个 数 据 中 心 的 网 络 拓 扑 传 输 延 迟 节 点 负 载 率 存 储 节 点 数 据 更 新 频 率 磁 盘 吞 吐 率 访 问 控 制 策 略 数 据 传 输 策 略 及 数 据 安 全 策 略 等 必 要 参 数, 并 使 用 Floyd-Warshall 算 法 获 得 任 意 两 点 之 间 的 可 用 传 输 带 宽, 形 成 可 用 带 宽 矩 阵 ; 副 本 定 位 器 负 责 接 收 云 服 务 的 数 据 调 度 请 求, 收 集 并 提 供 对 应 副 本 节 点 的 相 关 信 息 ;QoS 感 知 器 负 责 利 用 QoS 感 知 算 法 QoPA 把 云 用 户 QoS 偏 好 量 化 成 综 合 评 判 的 权 重 集 ; 副 本 选 择 器 负 责 根 据 副 本 定 位 器 提 供 的 相 关 信 息 结 合 本 文 所 提 的 副 本 选 择 算 法 FCE_RS, 模 拟 实 际 数 据 中 心 的 副 本 选 择 过 程 ; 选 择 结 果 显 示 器 将 副 本 选 择 策 略 的 最 终 结 果 进 行 输 出, 得 到 满 意 度 最 高 的 副 本 节 点 在 此 平 台 上, 笔 者 针 对 各 类 数 据 密 集 型 用 户 进 行 了 模 拟 实 验 实 验 过 程 中, 把 IQS 云 用 户 分 为 具 有 代 表 性 的 4 类 :) 对 数 据 服 务 可 靠 性 要 求 极 高 的 云 用 户 CU rel ;2) 对 数 据 服 务 时 间 性 要 求 极 高 的 云 用 户 CU rpt ;3) 对 数 据 服 务 安 全 性 要 求 极 高 的 云 用 户 CU sec ;4) 无 特 殊 要 求 的 普 通 云 用 户 CU com ; 设 定 每 个 数 据 文 件 均 有 0 个 数 据 副 本 随 机 分 布 在 多 个 数 据 中 心 ( 本 系 统 可 根 据 实 际 情 况 动 态 改 变 副 本 节 点 个 数 ) 4.2 实 验 结 果 及 分 析 首 先, 利 用 QoPA 算 法 对 4 种 类 型 云 用 户 的 QoS 偏 好 进 行 处 理 感 知 以 CU rel 云 用 户 为 例 进 行 QoS 偏 好 计 算 ) 假 定 云 服 务 的 可 靠 性 对 于 CU rel 云 用 户 极 其 重 要, 其 余 2 个 维 度 均 可 以 不 考 虑, 如 此 构 造 属 性 维 度 的 两 两 比 较 矩 阵 A, 并 调 用 QoPA 处 理, 得 如 下 结 果 ( 其 中,x 代 表 可 靠 性 维 度,x 2 代 表 时 间 性 维 度,x 3 代 表 安 全 性 维 度 ): A 9 9 ( a ) ( f( x, x )) /9 /9 = j 3 3= j 3 3= 由 A 计 算 得 :λ max =3.0, RI=0.52, CR=0.0<0., 所 以 一 致 性 检 验 通 过, 从 而 得 到 属 性 维 权 重 向 量 : W={0.82, 0.09, 0.09} 2) 假 定 CU rel 云 用 户 对 网 络 传 输 可 靠 性 要 求 最 高, 宿 主 节 点 可 用 性 其 次, 数 据 副 本 一 致 性 要 求 最 弱, 构 造 可 靠 性 维 度 的 QoS 属 性 两 两 比 较 矩 阵 A, () 并 调 用 QoPA 处 理, 得 如 下 结 果 ( 其 中,u 代 表 () () 宿 主 节 点 可 用 性,u 2 代 表 网 络 传 输 可 靠 性,u 3 代 表 数 据 副 本 一 致 性 ): /3 3 () () () A = ( aj ) 3 3 = ( f( u, uj )) 3 3 = 3 5 /3 /5 由 A 计 算 得 :λ max =3.04, RI=0.52, CR=0.04<0., 所 以 一 致 性 检 验 通 过, 从 而 得 到 属 性 维 权 重 向 量 : W ={0.26, 0.64, 0.0} 3) 由 于 CU rel 云 用 户 对 于 时 间 性 和 安 全 性 维 度 不 予 考 虑, 因 此 对 于 这 类 用 户 而 言, 这 2 个 维 度 的

9 第 7 期 熊 润 群 等 : 云 计 算 环 境 下 QoS 偏 好 感 知 的 副 本 选 择 策 略 0 图 3 不 同 云 用 户 类 型 下 0 个 副 本 节 点 的 得 分 值 QoS 属 性 均 是 同 等 重 要 的, 因 此 有 :W 2 ={0.33, 0.33, 0.33},W 3 ={0.33,0.33,0.33} 通 过 以 上 步 骤 获 得 了 反 映 CU rel 云 用 户 的 各 级 权 重 向 量 :W={0.82,0.09,0.09},W ={0.26,0.64, 0.0}, W 2 ={0.33,0.33,0.33},W 3 ={0.33,0.33,0.33} 同 理, 通 过 调 用 QoPA 算 法 可 以 获 得 其 余 3 种 类 型 云 用 户 的 各 级 权 重 向 量 然 后, 副 本 选 择 器 利 用 模 拟 条 件 生 成 器 生 成 的 各 种 模 拟 条 件, 对 数 据 中 心 的 0 个 副 本 节 点 进 行 综 合 评 判, 得 到 的 结 果 如 图 3 所 示 可 知, 对 于 CU rel 类 云 用 户 节 点 0 提 供 的 数 据 服 务 最 能 满 足 其 要 求, 对 于 CU rpt 类 云 用 户 而 言 节 点 8 和 9 均 是 不 错 的 选 择, 而 节 点 7 的 安 全 级 别 最 符 合 CU sec 类 云 用 户 的 需 求, 如 果 云 用 户 没 什 么 特 殊 QoS 要 求, 节 点 都 可 以 考 虑 4.3 关 于 非 唯 一 最 优 解 情 况 的 进 一 步 讨 论 实 验 过 程 还 发 现 一 个 有 趣 的 现 象, 如 图 3(b) 所 示, 节 点 8 和 9 的 得 分 几 乎 一 样 实 际 结 果 是, 如 果 副 本 节 点 得 分 值 小 数 点 有 效 位 数 为 2, 它 们 的 分 值 均 为 针 对 此 类 非 唯 一 最 优 解 情 况, 该 如 何 确 定 出 唯 一 的 最 佳 副 本 节 点 值 得 研 究 不 失 一 般 性, 假 设 数 据 中 心 节 点 a 和 b 的 评 判 结 果 为 :B a ={0,0.6,0.2,0.2},B b ={0.3,0,0.5,0.2}, 评 价 集 为 V={ 优, 良, 中, 差 }, 对 应 分 值 集 为 F={5,4,3,2}, 可 得 节 点 a 和 b 的 最 终 得 分 值 均 为 3.4 但 从 模 糊 向 量 B a 和 B b 来 看, 对 于 b 节 点 的 评 价 的 不 一 致 程 度 明 显 大 于 a 节 点 为 了 用 数 学 方 法 计 算 出 这 一 差 别, 笔 者 将 数 理 统 计 中 的 均 方 差 的 概 念 加 以 推 广, 作 为 该 差 别 的 定 量 表 示, 称 之 为 分 歧 度 其 一 般 计 算 方 法 如 下 设 评 价 集 为 :V={V,V 2,,V m }, 某 评 判 对 象 的 综 合 评 判 结 果 为 :B={b,b 2,,b m }, 对 第 级 赋 予 的 分 数 为 :x (=,2,,m), 那 么 参 评 对 象 的 得 m 分 为 : x = bx 则 计 算 参 评 对 象 的 分 歧 度 公 式 为 = m f = b( x x) = 根 据 这 个 公 式 可 以 计 算 出 上 述 节 点 a 和 b 的 分 歧 度 分 别 为 :f a =0.8,f b =. 说 明 b 节 点 的 分 歧 度 大 于 a 节 点 的 分 歧 度, 根 据 数 理 统 计 思 想, 分 歧 度 大 的 不 够 稳 定, 故 a 节 点 才 是 唯 一 的 最 佳 节 点 笔 者 把 上 述 工 作 集 成 到 所 提 选 择 策 略 中, 从 而 更 加 公 正 客 观 地 2

10 02 通 信 学 报 第 32 卷 为 云 计 算 多 数 据 中 心 环 境 下 的 数 据 调 度 服 务 5 结 束 语 本 文 在 全 面 考 虑 云 计 算 多 数 据 中 心 环 境 下 数 据 服 务 所 涉 及 的 QoS 属 性 的 基 础 上, 提 出 了 副 本 选 择 的 三 维 QoS 模 型 ; 在 此 基 础 上, 利 用 层 次 分 析 法 AHP 对 IQS 用 户 带 有 模 糊 性 的 QoS 偏 好 需 求 进 行 条 理 化 层 级 化 与 数 量 化, 构 造 出 一 个 层 次 分 析 的 结 构 模 型 以 处 理 IQS 约 束 条 件, 实 现 用 户 QoS 偏 好 感 知 ; 最 后, 基 于 二 级 模 糊 综 合 评 判 对 数 据 中 心 的 所 有 副 本 进 行 综 合 评 判, 从 而 选 择 出 最 佳 副 本 为 云 环 境 下 的 数 据 调 度 服 务 实 验 结 果 表 明,QoS 偏 好 感 知 的 副 本 选 择 策 略 能 很 好 适 应 云 计 算 多 数 据 中 心 环 境 下 的 各 类 数 据 密 集 型 应 用, 能 为 IQS 用 户 提 供 按 需 的 数 据 服 务 参 考 文 献 : [] ARMBRUST M, FOX A, GRIFFITH R, et al. Above the Clouds: a Berkeley Vew of Cloud Computg[R]. EECS Departmet, Uversty of Calfora, Berkeley, [2] HOELZLE U, BARROSO L A. The dataceter as a computer: a troducto to the desg of warehouse-scale maches[j]. Sythess Lectures o Computer Archtecture, 2009,4(): -20. [3] CHA M, KWAK H, RODRIGUEZ P, et al. I tube, You Tube, everybody tubes: aalyzg the world's largest user geerated cotet vdeo system[a]. Proceedgs of the 7th ACM SIGCOMM Coferece o Iteret Measuremet[C] [4] CHA M, RODRIGUEZ P, MOON S, et al. O ext-geerato telco-maaged P2P TV archtectures[a]. Proceedgs of the 7th Iteratoal Coferece o Peer-to-Peer Systems[C] [5] CHENG X, DALE C, LIU J. Statstcs ad socal etwork of YouTube vdeos[a]. Proceedgs of the 6th Iteratoal Workshop o the Qualty of Servce[C] [6] CORMODE G, KRISHNAMURTHY B. Key dffereces betwee Web.0 ad Web 2.0[J]. Frst Moday, 2008, 3(6): 2. [7] GHEMAWAT S, COBIOFF H, LEUNG S T. The Google fle system [A]. Proceedgs of the 9th ACM Symposum o Operatg Systems Prcples [C]. New York: ACM Press, [8] WHITE T. Hadoop: The Deftve Gude [M]. O'Relly Meda, Ic, [9] ALLCOCK B, BESTER J, BRESNAHAN J, et al. Secure, effcet data trasport ad replca maagemet for hgh performace data-tesve computg[a]. Proceedgs of Eghteeth IEEE Symposum o the Mass Storage Systems ad Techologes[C] [0] VAZHKUDAI S, TUECKE S, FOSTER I. Replca selecto the globus data grd[a]. Proceedgs the Frst IEEE/ACM Iteratoal Symposum o Cluster Computg ad the Grd[C] [] VAZHKUDAI S, SCHOPF J M, FOSTER I. Predctg the performace of wde area data trasfers[a]. Proceedgs of Iteratoal Parallel ad Dstrbuted Processg Symposum[C]. Marrott Mara, Fort Lauderdale, FL, USA, [2] RUAY-SHIUNG C, PO-HUNG C. Complete ad fragmeted replca selecto ad retreval data grds[j]. Future Geerato Computer Systems, 2007, 23(4): [3] RAHMAN R M, ALHAJJ R, BARKER K. Replca selecto strateges data grd[j]. Joural of Parallel ad Dstrbuted Computg, 2008, 68(2): [4] AL-MISTARIHI H H E, YONG C H. O faress, optmzg replca selecto data grds [J]. IEEE Trasactos o Parallel ad Dstrbuted Systems, 2009, 20(8): 02-. [5] JIN J, ROTHROCK L, MCDERMOTT P L, et al. Usg the aalytc herarchy process to exame judgmet cosstecy a complex mult-attrbute task [J]. IEEE Trasactos o Systems, Ma ad Cyberetcs, Part A: Systems ad Humas, 200, 40(5): [6] WANG Y, LI C, ZUO Y. A selecto model for optmal fuzzy clusterg algorthm ad umber of clusters based o compettve comprehesve fuzzy evaluato [J]. IEEE Trasactos o Fuzzy Systems, 2009, 7(3): [7] LIU Y, NGU A H, ZENG L Z. QoS computato ad polcg dyamc web servce selecto[a]. Proceedgs of the 3th Iteratoal World Wde Web Coferece o Alterate Track Papers & Posters[C] [8] BELIAKOV G, WARREN J. Approprate choce of aggregato operators fuzzy decso support systems [J]. IEEE Trasactos o Fuzzy Systems, 2002, 9(6): 作 者 简 介 : 熊 润 群 (982-), 男, 福 建 龙 岩 人, 东 南 大 学 博 士 生, 主 要 研 究 方 向 为 数 据 网 格 和 云 计 算 环 境 下 的 数 据 管 理 罗 军 舟 (960-), 男, 浙 江 宁 波 人, 博 士, 东 南 大 学 教 授 博 士 生 导 师, 主 要 研 究 方 向 为 网 格 与 云 计 算 下 一 代 网 络 体 系 结 构 网 络 安 全 和 管 理 服 务 计 算 宋 爱 波 (970-), 男, 山 东 烟 台 人, 博 士, 东 南 大 学 副 教 授, 主 要 研 究 方 向 为 网 格 与 云 计 算 海 量 数 据 处 理 Petr 网 理 论 与 应 用 金 嘉 晖 (986-), 男, 浙 江 温 州 人, 东 南 大 学 博 士 生, 主 要 研 究 方 向 为 云 计 算 海 量 数 据 处 理