（计算机软件与理论专业论文）基于sla的saas应用性能管理机制研究.pdf

一 一 原创性声明和关于论文使用授权的说明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本 论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。 对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方 式标明。本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名： 袒 日期：丝丝：塑 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同 意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论 文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签孙灶导师签名：组日期：型! ：圭：竺 蠢 8 、 山东大学硕士学位论文 目录 摘要i a b s t r a c t 第一章绪论1 1 1 研究背景1 1 2 国内外研究现状3 1 3 主要研究内容7 1 4 主要工作7 1 5 本文结构8 第二章基于s l a 的性能管理机制9 2 1 引言9 2 2s a a s 中的s l a 1 0 2 2 1s l a 协商模版1 0 2 2 2s l a 规格说明书1 1 2 2 3s l a 性能参数1 3 2 3 基于s l a 的性能管理流程1 5 2 3 1s l a 初始化阶段1 5 2 3 2 性能监视阶段1 7 2 3 3 违例检测阶段1 8 2 3 4 动态调整阶段1 8 2 4 基于s l a 的性能管理架构设计1 9 2 5 本章小结2 0 第三章性能监视及违例检测2 2 3 1 性能监视2 2 3 1 1 服务器性能监视2 3 3 1 2 服务性能监视j 2 4 3 2 违例检测2 4 3 3 违例检测算法2 5 3 4 本章小结2 7 山东大学硕士学位论文 第四章性能动态调整2 8 4 1 租户安置模型2 8 4 。1 1 租户资源需求计算2 9 4 1 2 租户安置方案3 0 4 2 租户请求的动态调度3 l 4 2 1 租户优先级的确定3 1 4 2 2 基于优先级的动态调度算法3 2 4 3 请求调度算法验证3 4 4 3 1 平台介绍3 5 4 3 2 实验场景3 5 4 3 3 结果分析3 7 4 4 本章小结3 7 第五章总结和展望3 9 参考文献4 0 致谢4 3 攻读学位期间发表的学术论文目录4 4 攻读学位期间参与科研项目情况4 5 6 声 山东大学硕士学位论文 c h a p t e r4d y n a m i ca d j u s t m e n to f p e r f o r m a n c e 2 8 4 1t e n a n tp l a c e m e n tm o d e l 2 8 4 1 1c a l c u l a t i o n o f t e n a n t r e s o u r c e r e q u i r e m e n t 2 9 4 1 2t e n a n tp l a c e m e n tp r o p o s a l 3 0 4 2d y n a m i cs c h e d u l i n go f t e n a n t s r e q u e s t s 3 1 4 2 1t od e t e r m i n e p r i o r i t yl e v e lo f t e n a n t s 3 1 。 4 2 2d y n a m i cs c h e d u l i n ga l g o r i t h mb a s e do np r i o r i t yl e v e l 3 2 4 3e x p e r i m e n t a la n a l y s i s 3 4 4 3 1e x p e r i m e n te n v i r o n m e n t 3 5 4 3 2e x p e r i m e n t a ls c e n a r i o 。3 5 4 3 3d a t aa n a l y s i s 3 7 4 4s u m m a r y 3 7 c h a p e r t5 s u m a r i z a t i o na n dp r o s p e c t 3 9 r e f e r e n c e s 4 0 a c k n o w l e d g e m e n t s 4 3 p a p e rp u b l i s h e d 4 4 r e s e a r c hp r o j e c t 4 5 i 山东大学硕士学位论文 摘要 互联网的发展和应用软件的成熟促进了新的服务交付和运营模式的诞生： 软件即服务( s o f t w a r ea sas e r v i c e ，s a a s ) ，其最大的特点就是“单实例多租赁。 在这种服务模式下，一个应用实例为多个租户提供服务，以规模效应降低服务 成本，具有较好的灵活性及可扩展性。不同的s a a s 租户对于应用服务有着不同 的需求，包括服务的内容、平均响应时间、可用性及支持吞吐量等，对此s a a s 提供商要与租户协商签订服务等级协议( s e r v i c e l e v e la g r e e m e n t ，s l a ) 。基 于签署的s l a ，s a a s 服务提供商需要进行相应的服务资源配置，以满足租户个 性化需求，同时在s a a s 应用的运行过程中进行服务质量监测及性能优化，保证 服务的提供时刻满足s l a 中的质量参数。 目前，s a a s 模式的特性使得传统的s l a 管理机制在应用时仍存在一些问题： 首先，s l a 固有的静态描述特性使得在实际应用中，某些租户操作可能会违背 已签署的s l a ：其次，s a a s 模式共享软硬件的特点使得少数租户的s l a 控制 失效可能导致系统性能的不稳定，并最终影响其他租户的服务质量；最后，已 有的性能管理机制缺乏根据租户不同的s l a 等级进行优化的性能调整算法，无 法对s l a 未满足的状况进行调整，进一步提高租户的满意度。总之，在s a a s 模 式单实例多租赁的特点下，原有的用于传统w e b 服务的s l a 管理机制不再适用， 迫切需要搭建新的管理框架体系解决基于s l a 的性能管理问题。 针对存在的主要问题，本文进行的创新工作包括： 一、提出了s a a s 应用下基于s l a 的性能管理机制。通过构建适用于s a a s 的 s l a 管理体系，详细讲解了该机制的实现流程，并提出完善的设计方案， 论证了其实现的可行性及可靠性。 二、提出了s a a s 应用的性能监视及违例检测方案。首先定义系统违例状态和 恶意租户，并使用监视器对系统进行周期性检测。根据恶意租户的定义设 计违例检测算法，及时发现系统的违例状态并利用监视器获取的性能数据 推算出恶意租户的候选。 三、以s a a s 应用部署的层次结构为基础提出了多种基于s l a 的动态调度算 法，包括租户安置方法、请求调度算法等，对租户所获取的服务性能提供 山东大学硕士学位论文 多方位的保障及优化，保证系统的正常运行及租户服务资源的稳定提供。 本文通过对传统w e b 服务下s l a 的管理机制进行改进，提出了面向s a a s 应用的s l a 性能管理模型。该模型以量化s l a 的相关参数为基础进行实时的 性能监测和多层次的性能优化，通过监视租户的服务质量，发现异常状态并使 用调度算法对租户的资源使用情况进行动态调整，有效保障s l a 中各项性能指 标的实现。另外，本文还通过实验验证了该模型在功能执行、多租户支持及合 理化调整方面表现良好，具有一定的可行性和可靠性。 关键词：s a a s ；单实例多租赁；s l a ；性能管理；调度 i i ，i 山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h ed e v e l o p m e n to fi n t e m e tt e c h n o l o g ya n dt h em a t u r i t yo fa p p l i c a t i o ns o f t w a r e g i v eb i r t ht oan e wm o d e lo fs e r v i c ed e l i v e r ya n do p e r a t i o n - - s o f t w a r ea sas e r v i c e ( s a a s ) t h et y p i c a lc h a r a c t e ro fs a a sa p p l i c a t i o n si s s i n g l e i n s t a n c em u l t i t e n a n c y s p e c i f i c a l l y ，s c a l ee f f e c ts u g g e s t st h a tm u l t i p l et e n a n t ss h a r i n g as i n g l es o f t w a r e i n s t a n c er e d u c et h es e r v i c ec o s t i na d d i t i o n ，t h es h a r i n gb r i n g sa b o u tg r e a tf l e x i b i l i t y a n ds c a l a b i l i t yf o rs a a sa p p l i c a t i o n s t e n a n t sh a v ed i f f e r e n tr e q u i r e m e n t so fs e r v i c e s i nt e r m so fs e r v i c ef u n c t i o n ，s e r v i c ep e r i o d ，m e a nr e s p o n s et i m e ，s u p p o r t e d t h r o u g h p u t ，o ra v a i l a b i l i t y as e r v i c el e v e la g r e e m e n t ( s l a ) i sr e q u i r e df o rt h e c o o r d i n a t i o nb e t w e e ns e r v i c ep r o v i d e r sa n dt e n a n t s s e r v i c ep r o v i d e r sc o n f i g u r et h e i r r e s o u r c e so l lt h eb a s i so ft h es l at om e e tt e n a n t s c u s t o m i z e dr e q u i r e m e n t s i nt h e s e r v i c ep e r i o d ，t h ep r o v i d e r sa l s om o n i t o rt h es a a sa p p l i c a t i o n sa n do p t i m i z et h e s e r v i c ep e r f o r m a n c et om e e tt h eq u a l i t yp a r a m e t e r so ft h es l a s e v e r a lp r o b l e m s ，h o w e v e r ，s t i l le x i s ti nt h ea p p l i c a t i o no ft h et r a d i t i o n a ls l a f i r s t , a l t h o u g hs l a i sa b l et od e s c r i b eh e t e r o g e n e o u sr e q u i r e m e n t sf o r m u l t i - t e n a n to r i e n t e da p p l i c a t i o n 谢t 1 1g r e a tc l a r i t y ，i t ss t a t i cc h a r a c t e r i s t i ci n d i c a t e s s o m et e n a n to p e r a t i n ga g a i n s tt h es i g n e ds l a s e c o n d ，t h ef a i l u r eo fa n ys l a c o n t r o l m a yl e a dt os y s t e mi n s t a b i l i t ya n dt h ed e c l i n eo fs e l v e r so v e r a l lp e r f o r m a n c e ，w h i c h w i l li nt u r na f f e c tt h es e r v i c eq u a l i t yo fo t h e rt e n a n t s t h i si sd u et ot h es h a r e m e c h a n i s mb e t w e e nd i f f e r e n tt e n a n t s l 弱t ，t h ee x i s t i n gp e r f o r m a n c em a n a g e m e n t m e c h a n i s mt r e a t se v e r yt e n a n te q u a l l ya n df a i l st oo p t i m i z et h ep e r f o r m a n c e a c c o r d i n gt ot h e i rd i f f e r e n ts l al e v e l s ，w h i c hw i l lf u r t h e rd e c r e a s et h et e n a n t s s a t i s f a c t i o n i nan u t s h e l l ，t h et r a d i t i o n a ls l am a n a g e m e n tm e c h a n i s mi sn ol o n g e r s a t i s f i e db e c a u s eo ft h ec h a r a c t e r i s t i c so f “s i n g l e - i n s t a n c em u l t i t e n a n c y ”i nt h i sc a s e ， t h e r e sa nu r g e n tn e e df o ru st ob u i l dan e ws l a - b a s e dp e r f o r m a n c em a n a g e m e n t m e c h a n i s m i nt h i sp a p e r , w em a i n l yc o n t r i b u t ei nt h ef o l l o w i n ga s p e c t s ： p r o p o s e ap e r f o r m a n c em a n a g e m e n tm e c h a n i s mb a s e do nt h es l ai ns a a s i i i 山东大学硕士学位论文 a p p l i c a t i o n w ed e m o n s t r a t et h a tt h ef e a s i b i l i t y a n dr e l i a b i l i t yo ft h i s i m p l e m e n t a t i o nt h r o u g had e t a i l e de x p l a n a t i o no ft h ep r o c e s sa n dad e s i g n o fs l a m a n a g e m e n tm e c h a n i s mw h i c hi sa d e q u a t ef o rs a a sa p p l i c a t i o n 2 g i v eap e r f o r m a n c em o n i t o r i n gm e t h o da n dav i o l a t i o nd e t e c t i o np r o p o s a l f o rs a a s w ed e f i n et h ev i o l a t i o ns t a t e sa n da g g r e s s i v et e n a n t s ，a n dt h e n m o n i t o rt h ea p p l i c a t i o np e r f o r m a n c ea n ds e r v e rr e s o u r c ep e r i o d i c a l l y t h e p r o p o s a li sa b l et od e t e c tt h ev i o l a t i o ns t a t e su s i n gv i o l a t i o nd e t e c t i o n a l g o r i t h ma n di n f e rt h ec a n d i d a t e so fa g g r e s s i v et e n a n t sa c c o r d i n gt ot h e p e r f o r m a n c ed a t ao b t a i n e db yt h em o n i t o r p r o p o s eav a r i e t yo fs l a b a s e dd y n a m i cs c h e d u l i n ga l g o r i t h m sa c c o r d i n g t ot h eh i e r a r c h yo ft h es l aa p p l i c a t i o nd e p l o y m e n t ，i n c l u d i n gt e n a n t p l a c e m e n tm e t h o da n dr e q u e s ts c h e d u l i n ga l g o r i t h m t h e s ea l g o r i t h m s i m p r o v et h es e r v i c ep e r f o r m a n c e ，e n s u r et h eo p e r a t i o no ft h es a a s a p p l i c a t i o n s ，a n dp r o v i d es t a b l er e s o u r c e sf o rt e n a n t s t h i sp a p e rp r o p o s e san e ws l a p e r f o r m a n c em a n a g e m e n tm o d e lf o rs a a s a p p l i c a t i o n st h r o u g hi m p r o v i n gt h es l am a n a g e m e n tm e c h a n i s mf o r t h e t r a d i t i o n a lw e bs e r v i c e t h i sm o d e li s c a p a b l e o fr e a l - t i m ep e r f o r m a n c e i v 山东大学硕士学位论文 1 1 研究背景 第一章绪论 近年来，随着网络技术的发展和应用软件的成熟，软件即服务( s o f t w a r e 嬲a s e r v i c e ，s a a s ) 模式正在成为应用软件市场发展的新趋势1 。在s a a s 模式下，服 务提供商通过网络提供应用并对托管该应用的服务器进行统一的软件安装和升 级维护：用户使用w e b 服务客户端对应用进行访问，并按定购服务的多少和时 间长短向厂商支付费用乜1 。在s a a s 业务模型中，技术架构和应用管理的拥有者 从租户转移到服务提供商( 图1 - 1 ) ，实现了两者的互利共赢，尤其对于一些中 小型企业( s m b ) 来说，s a a s 是采用先进技术的最好途径，它消除了企业购买、 构建和维护基础设施和应用程序的需要，同时满足企业按需购买服务的需求 ( o n d e m a n db u s i n e s s ) ，使得系统构建更加灵活。 租户n 左图；佳统应且程庄搓式 直图：s 敝s 软鲑服经槿式 图1 - 1 传统模式与s a a s 模式的比较 从应用角度讲，s a a s 的特性主要包括多租户( m u l t i - t e n a n c y ) 、可配置性 ( c o n f i g u r a b i l i t y ) 和可扩展性( s c a l a b i l i t y ) 。多租户特性是指s a a s 应用基于一套标 准软件系统为成百上千的租户提供服务，而对于每个租户来说，这个系统像是只 为自己服务，这是s a a s 应用区别于传统应用的本质特点m 1 。随着平台用户的逐 渐增加，多租户单实例的应用架构日趋达到了性能的瓶颈，进而出现了更高级的 架构模型通过负载平衡层将租户分配到不同的实例上，这些实例在共享的软 山东大学硕士学位论文 硬件或中间件服务器上运行。 从技术角度讲，作为s a a s 核心的多租户技术越来越受到重视，然而在实现 过程中也面临着严峻的问题：资源共享机制能够有效提高系统资源利用率，以规 模效应降低每个租户的硬件、软件和管理成本，但它又会带来一定的风险。因此 s a a s 服务要能够支持不同租户之间数据和配置的隔离，从而保证每个租户数据 的安全与隐私，以及用户对诸如界面、业务逻辑、数据结构等的个性化需求引发 的相关安全问题，这就需要隔离机制来防止租户之间的非法访问、冲突和干扰。 由于s a a s 同时支持多个租户，每个租户又有很多用户，这对支撑软件的基础设 施平台的性能、稳定性、扩展性提出很大挑战晦1 。 服务质量( q u a l i t yo fs e r v i c e ，q o s ) 最初是在网络环境下产生的一种安全机 制，随着w e b 服务的发展，q o s 已经变成判断服务提供商提供的服务质量的标 准阳3 。s a a s 模式下，由于租户对于服务的功能需求各不相同，即使使用同一服务， 不同租户对于服务的非功能性参数也有不同等级的要求，由此产生了不同的服务 质量( q o s ) 要求。服务质量被用来定义某个部署的w e b 服务应达到的性能行为， 其性能度量包括平均响应时间、支持的吞吐量、服务可用性等。基于以上，为了 接收服务质量等级的确认，租户需要与服务提供商通过在线协商的方式创建一个 与所提供服务相关联的服务等级协定( s e r v i c el e v e la g r e e m e n t ，s l a ) ，定义服 务提供商要满足的租户q o s 需求。 传统的多用户应用模式下每个客户独自占有一个应用实例，不同实例可以部 署到相同的应用服务器上，由服务器实现实例间的隔离，客户获取的性能互不影 响，从而较好的满足客户对服务质量的要求。而在s a a s 模式下，不同租户对于服 务的需求各不相同，服务提供商可以通过动态资源分配、请求的动态调度等方式 提供不同的服务质量。由于在实际应用中，用于描述服务多样化需求的s l a 只是 一个静态的描述机制，因此某些租户操作可能会违背已签署的s l a ，例如请求次 数过于频繁、占用资源过于庞大等等，进而有可能导致系统的不稳定及服务端整 体性能的降低，甚至影响其他租户的服务质量，使得整个s a a s 应用的s l a 完全无 法得到满足。可见，s l a 管理机制对于s a a s 多租户特性的实现具有举足轻重的意 义，也是提高租户服务满意度的重要一环。在s a a s 应用中，s l a 规格说明书中对 租户承诺的服务质量无法仅仅通过一份合同书来保证，更重要的是通过s l a 管理 机制来保障。 2 山东大学硕士学位论文 _mm|1 目前研究的s l a 管理机制多集中于网络管理领域，受到各大电信运营商的关 注。适用于s a a s 领域的s l a 管理还是一个较为新颖的研究点，并没有成型的管理 机制。在这一背景下，本文提出了面向s a a s 应用的s l a 管理机制，基于s l a 对s a a s 应用的性能进行监控及调整。 1 2 国内外研究现状 按照目前业界的通行标准，s a a s 应用根据设计成熟度的不同存在四种架构模 式口1 ( 图1 2 ) 第一级成熟度模型各个租户实例完全独立；第二级成熟度系统中， 每个租户还是各自拥有一个单独的应用实例，但租户之间共享相同的代码；在第 三级的成熟度模型中，服务提供商通过运行一个应用实例来为所有的租户服务， 同时通过可配置的元数据来给每个租户提供不同的用户体验和功能，这样服务提 供商可以用有限的服务资源为更多的用户服务，但在系统构建中需要提供可配置 的权限控制和安全策略等来确保各租户的数据安全及性能隔离。但是这一架构的 不利之处在于无法灵活的提升系统性能，除非通过把系统转移到更为强大的服务 器上来提升性能。因此出现了具有更好扩展性的第四级成熟度模型，s a a s 服务 供应商将通过运行一个负载均衡平台来为众多的租户同时服务田3 。 针对资源共享带来的租户之间性能干扰问题，最基本的解决原则就是在多租 户环境下实现有效的隔离。目前常见的实现多租户隔离的方法包括1 ：物理隔离、 虚拟化、应用支持的多租户，其中物理隔离是指为每个租户分配独占的物理资源； 虚拟化技术是指物理资源由虚拟机共享，利用虚拟机创建服务托管环境，。提供租 户间的逻辑隔离，这两种都是以牺牲资源共享为代价的，只能满足第二级成熟度 模型。应用支持的多租户隔离是以增加额外的应用组件的方式实现隔离n 训。文献 【1 1 】提出在租户应用层和s a a s 应用开发层之间插入一个中间层，通过该层上的组 件实现安全隔离、性能隔离等功能，在服务的使用和系统资源支持之间提供隔离， 已实现多租户共享。底层系统架构开发者( m u l t i - t e n a n ta w a r e n e s s ) 通过实现第 三方接口将中间层和实际的系统资源映射起来：面向逻辑的开发者( m u l t i t e n a n t u n a w a r e n e s s ) 只需进行流程及i j i 等的开发定制，不受多租户环境的干扰。在资 源访问隔离方面，可以提供资源访问代理，当应用程序要访问资源时，代理首先 得到当前的用户和其所属租户的信息，然后再对其分配资源，代理内部维护资源 山东大学硕士学位论文 的分配状况和分配策略。随着实现层面从物理机器到应用程序自身支持，租户间 的隔离程度呈下降趋势，资源利用率大幅提高。 i 圆圆i 囤回| l 囤囤l t 删at e n a n t bt e n a n t c 成v ，、 熟 i 负载平衡层 it e n a n tn 度 l ti d 模 匡笥7 苗、匡蛰 irq g 型弋一 资融 四 日僖 厂杨矗 l 共事代码荤 i 圆固if 回国li 囤回i 成 t e m m at e n a n t bt m a - a c 熟 l 一 | 飞l | 一l i 琊i 度 模 h l a m r e l 型 。( m a a d a t a ) l 、l 三 t 麸享代码库 囤圈囤 i 回囤ll 囤回i 圈固i 成 t e n a n t a t e m m b t e n m a c 国洌 1 _ j1 。_ j 【】 熟 度 圆囱回 【虚拟机】 模 型 二租户空间l 租户空间| 租户空间1 共亭代码窜 ( 黼 0 【物理隔离】 用户数量 资源共享 图l 一2 成熟度模型及对应的隔离方式 随着w e b 服务的广泛扩展，服务质量( q u a l i t yo fs e r v i c e ，q o s ) 成为判定 服务提供者是否成功的重要因素，其决定了服务的可用性和效用n 刮。在传统的 w e b 应用中，由于影响服务的因素较多，大多数w e b 服务的基础软硬件无法轻易 实施控制，所以尚无通用的w e b 服务质量控制机制为w e b 服务提供服务区分和 性能保证n 3 1 。一般而言，w e b 服务是根据i n t e m e t 中尽力而为( b e s t e f f o r t ) h 艮务模 型平等地处理所有到来的请求，其采用的f i f o ( f i r s ti nf i r s to u t ) 调度策略，严重 影响了i n t s e r v 、d i f s e r v 等机制的实现，例如在负载较重的时候，不区分的丢掉 超出负载的用户请求。 在网格计算中，对于面向服务质量的资源分配和调度机制的研究已经较为成 熟。g l o b u st o o l k i t t “3 中提出了面向q o s 的g l o b u s 资源预留和分配框架g l o b u s 4 謦 山东大学硕士学位论文 a r c h i t e c t u r ef o rr e s e r v a t i o na n da l l o c a t i o n ( g a r a ) ，能够对不同资源，例如处理 器、网络、存储设备等，提供统一的管理机制，并且覆盖服务质量管理的不同实 体，包括资源选择、分配和释放等，保证服务质量、实现端到端( p o i n t - t o p o i n t ) 的资源管理。以q o s 为标线的网格资源管理n 朝也是研究的一个关注点。服务质 量的需求包括服务的内容、服务的时间、服务的平均响应时间、支持的吞吐量、 服务的可用性等。 为了实现s a a s 应用提供商与不同租户的服务需求确认，保障租户的q o s ， 双方通过协商签订一个服务等级协议s l 气，然后基于签署的s l a 配置相应的 服务资源，满足不同租户的服务需求。 业界将r r ( i ti n f r a s t r u c t u r el i b r a r y ) 作为i t 管理的标准，提供服务支持 和服务实施，并在服务水平管理部分引入了s l a 的概念。服务水平管理负责与 服务相关的协议，s l a 就是其中之一，用于描述提供给客户的服务和服务水平， 判断提供商所提供的服务是否令用户满意。s l a 最初用于保障网络性能，主要 参数包括可用性、吞吐量、抖动、延迟、响应时间等。随着分布式网络系统的发 展，w 曲服务已经使s l a 变得更富有挑战性。s l a 不仅仅保证网络正常运行 的可用性，由于每个w e b 服务都有不同的特征和网络需求，它们还被用来保证 应用程序的性能。5 1 在s l a 的形式化方面，m m 提出了w 曲服务级协定( w 曲s e r v i c el e v e l a g r e e m e n t ，w s l a ) 语言n7 。，以灵活的、个性化的方式来说明s l a ，使得用于 管理和监督s l a 的函数的自动设置更加方便。在w s l a 语言中，将特定的手 段与一个w s l ax m l 模式的类型( 如当事人、度量、函数等) 相关联。 由于业界并没有通用的s l a 术语，各个服务提供商所提供的s l a 形式各异， 另外，现行的很多性能参数集中在网络和应用性能上，需要将性能参数转换成服 务等级来度量，因此有可能出现服务提供商之间以及服务提供商与客户之间存在 多个s l a 的情况，在这种情况下，急需一个统一的方法进行s l a 管理，帮助客 户管理自身的业务需求。t m f ( t e l em a n a g e m e n tf o r u m ) 用两个工具来进行 s l a 管理副：五个阶段的生命周期和s l a 参数框架。s l a 的开发和管理必须考 虑完整的业务生命周期，这五个阶段标识为：产品业务开发、协商和出售、实 现、执行、评估。而s l a 参数框架将一个个独立的参数分为六大类引。 然而由于所有的s a a s 应用共享系统的软硬件资源在配置时都要考虑多个租 山东大学硕士学位论文 户对服务质量的不同要求，一个租户的s l a 控制失效有可能导致系统的不稳定 及服务端整体性能的降低从而影响其他租户的服务质量，无法保障其s l a ，因 此目前对于服务质量保证机制的研究已经成为亟待解决的问题。 根据与租户签署的不同s l a ，服务提供商要进行服务的部署及调度。分布式 调度策略与算法对资源利用率和所获得的服务质量有重要影响。 2 0 通过为三个 度量分配不同的权值来评估调度性能，在多集群中应用两级性能优化：在多集群 f 级，由调度器将有较高打包可能性的并行任务分配到同一个集群，考虑作业的服 务质量需求，启发式的为每个集群分配合适的负载来平衡系统的整体性能；在单 集群级，已有的工作负载管理器利用遗传算法改进调度性能。【2 1 针对在异构计 算系统中基于服务质量的调度问题，提出了有效地静态调度算法，可以同时满足 多个用户的不同服务需求，最小化由资源不足导致任务无法调度的用户数目。【2 2 】 分析了s l a 保障机制必须满足的需求定义，进而提出了满足这些需求的架构设 计，包含监视器和控制器，其中控制器包含服务质量控制算法，服务器处理能力 用业务s e s s i o n 来衡量并由不同的用户分类来区分。该架构根据s l a 区分不同类别 的用户，根据用户优先级对不同类别用户的s e s s i o n 进行调度并通过访问控制有效 防止服务器过载。 1 针对s a a s 平台的性能管理架构研究目前还不太普遍。【2 3 提出了多租户环境 下的服务性能隔离架构s p i n ，从资源利用的角度提出恶意租户的检测及调整策 略，在有效隔离的同时实现扩展的资源共享。s p i n 定义当托管平台已经最大程度 的利用共享资源但仍无法满足所有租户需求时系统的状态为不稳定状态。s p i n 提供系统监视功能，对日常资源使用情况进行检测，监视器输出的结果作为异常 检测模块的输入。模型采用w a q 算法( 将d w t 多租户分析口4 1 和自回归模型相 结合乜5 1 ) 对短期内的不稳定状态进行预测。检测系统异常后，给出异常报告并触 发恶意租户检测，根据资源的使用状况识别对其他租户性能造成干扰的恶意租 户，s p i n 中将资源消耗呈现连续增长趋势的租户断定为恶意租户，并触发自适 应调整策略移除租户间的性能影响，从而满足系统隔离性、高效性、自适应性的 要求。但是s p i n 尚未将租户s l a 应用到其架构中，对所有租户不加区分的进行 曼 监视及资源访问控制，忽略了租户s l a 的限制，影响了系统性能的改进，而且 s p i n 并没有提出根据s l a 进行自适应调整的具体策略。另外，资源的共享性导 。 致很难建立各租户的s l a 参数与资源度量的直接关系。 6 赘述。本文重点关注性能检测和性能调整两部分内容，在系统性能监视、恶意租 户检测、请求动态调度等方面进行了研究和创新。 1 4 主要工作 围绕s a a s 应用中基于s l a 的性能管理机制，本文对相关问题进行了研究，主 要工作包括如下几个方面： 1 围绕目前构建s a a s 应用时性能管理的不完备性，针对传统方式的不 足，提出了较为完整的基于s l a 的性能管理机制及架构设计，通过 s l a 的管理机制保障在s l a 规格说明书中对租户承诺的服务性能； 2 ，针对这一架构，设计实现了s a a s 应用的性能监控机制，并对系统处 于异常状态时的违例检测进行分析，提出可行的违例检测算法。 3 针对不满足s l a 的s a a s 应用，按照s a a s 应用部署的层次结构提出多种 基于s l a 的动态调度算法，对系统性能进行调整，对租户所获取的服 务性能提供多方位的保障及优化。 本文对s a a s 应用的性能管理进行了深入的研究和分析，对s l a 进行监视和 优化调整，对于传统的s l a 管理机制进行合理的扩充以适应s a a s 应用平台，无 山东大学硕士学位论文 论是对s a a s 服务提供商还是对s a a s 租户而言，都有着重要的现实意义。 1 5 本文结构 本文一共分为五个章节。 第一章是本文的绪论部分。该章讨论了s a a s 这一软件交付模式产生的背景以 及主要特性，通过对s a a s 的多租户特性带来的优势以及问题的叙述，提出建立 s l a 管理体制的重要性。同时概括了国内外相关研究现状以及研究课题的主要内 容、本文所做的主要创新工作。 第二章系统描述了基于s l a 的性能管理机制。首先描述适用于s a a s 应用的 s l a 模型，包括s a a s 中的s l a 结构及s l a 性能参数说明等；然后对该性能管理机 制的原理、流程及概要设计等进行陈述，并将性能管理分为四个阶段进行详细描 述，包括s l a 初始化、性能监视、违例检测和动态调整。 一 第三章论述了性能检测的原