SaaS Web集群高能效的多用户级别多性能指标绝对QoS保证研究

SaaS(Software as a Service) is the latest trend of software development, and it needs to adopt web cluster to supply high performance service. How to minimize the energy consumption on the premise of absolutely guaranteeing every user-level's multiple performance-indexes is an urgent problem for SaaS providers..First, a multiple performance-indexes absolute QoS guarantee scheme for single server node is proposed, which supports CPU frequency adjustment. The scheme properly selects and designs server node's working parameters, and adopts an MIMO control scheme based on Generalized Predictive Control and T-S fuzzy model to determine the working parameters' values, so that the requests' average response time and drop rate of a server node can be guaranteed simultaneously when the node is working under the predetermined working parameters' values. Then, by adopting a programming variables definition method which is proved to be reasonable, the cluster's optimization deployment problem (including every node's on/off state, every working node's CPU frequency, and the user-level every working node serves) of high energy-efficient QoS guarantee is described as a Mixed Integer Programming problem. The substantial reduction of programming variables' number makes the online solution of the programming problem feasible. Finally, an improved Differential Evolution algorithm is proposed to solve the above programming problem. The algorithm can converge to the global optimal feasible solution quickly..The research achievement of the project not only has very good application prospect, but also has very good reference value for QoS and energy-saving research in cloud computing of other modes, grid computing, and other related areas.

SaaS为软件发展的最新趋势，它需要采用Web集群提供高性能的服务。如何在绝对保证各用户级别多种性能指标的前提下使集群的能耗最低是运营商们急需解决的问题。.首先提出一种服务节点支持CPU频率调整的多性能指标QoS保证方案，它通过合理地设计节点工作参数，并采用基于广义预测控制和T-S模糊模型的MIMO控制方案对其值进行测定，使得当节点工作在测定的工作参数值上时请求平均响应时间和丢弃率都能得到保证。然后采用经证明合理的规划变量定义方式，将集群高能效QoS保证的优化部署问题（包括各节点的开关，各开启节点的CPU频率及其服务的用户级别）描述成混合整数规划问题，由于变量数目大幅度减少，使得在线求解该问题成为可能。最后提出一种求解该问题的改进差分进化算法，它能较快地收敛到全局最优可行解。.项目成果不仅具有很好的应用前景，并对其他模式的云计算、网格计算等相关领域的QoS和节能研究也有很好的参考价值。

SaaS为软件发展的最新趋势，它需要采用Web集群提供高性能的服务。如何在绝对保证各用户级别多种性能指标的前提下，合理部署集群中各服务节点的开关、各开启节点的CPU频率及其服务的用户级别使集群的能耗最小，是急需解决的重要问题。.本项目主要在以下方面展开研究，并取得了较好的研究成果。.1）多性能指标QoS保证。提出了一种服务节点支持CPU频率调整的多性能指标QoS保证方案，该方案选择“最大请求数”和“请求速率/CPU频率”作为工作参数，通过让它们工作在事先测定的值上来同时保证服务节点的请求丢弃率和请求平均响应时间。而已有的相关研究都只关注响应时间，忽略了请求丢弃率这一影响用户体验的重要性能指标。.2）集群节能部署问题的数学描述。证明了对服务节点型号定义规划变量的可行性，在此基础上，针对节点型号定义变量，将集群绝对QoS保证下的节能部署问题描述成带约束的规划问题。已有的相关研究都是针对单个服务节点定义变量，而在实际的集群中，服务节点型号的数量通常比服务节点的数量低一个数量级，因此我们的变量定义方式能大幅度减少变量数目。.3）集群节能部署问题的在线求解。针对集群节能部署问题的特点，提出了一种改进的差分进化求解算法，其引入了矫正操作，对不满足约束条件的解采用贪婪思想进行矫正。考虑到进化算法的收敛速度依赖于算法参数的选择，还提出了一种无需设置参数的求解算法——混合求解算法，其首先采用贪婪思想确定各个服务节点的开关状态，然后运用混沌搜索进行求解。仿真测试表明它们能很快地找到高质量的可行解。.4）节能部署策略仿真平台。基于CloudSim设计实现了一种Web集群节能部署策略的仿真平台，其支持周期式的和条件式的部署触发方式，能仿真请求的产生、调度和服务，仿真服务器的开关和频率调整。.项目成果可直接应用于实际的SaaS Web集群系统，并且对其它服务模式的云计算、网格计算、分布式计算等相关领域的QoS保证及节能研究也有很好的参考和借鉴价值。