基于MapReduce蟻群算法的多租戶SaaS服務定制與部署方法研究.pdf

1、云計算的興起正在逐漸地改變整個計算機產(chǎn)業(yè)界和學術(shù)界。云計算將大量硬件資源、軟件資源和信息資源鏈接在一起，形成一個規(guī)模巨大的虛擬的共享資源池，為遠程計算機終端用戶提供“召之即來，揮之即去”，并且似乎是“能力無限”的各種服務。云計算中的服務可分為3個層次:基礎(chǔ)設(shè)施即服務(IaaS)，平臺即服務(PaaS)，軟件即服務(SaaS)。
　　軟件即服務SaaS將軟件和基礎(chǔ)設(shè)施的運營、管理、維護及軟件所有權(quán)等由用戶轉(zhuǎn)向外部運營商，用戶不直接擁

2、有軟件和添置硬件，而是通過互聯(lián)網(wǎng)以付費方式租賃和使用軟件服務。SaaS軟件交付模式將應用軟件以服務的形式提供給用戶，用戶通過租用軟件減少構(gòu)造、使用和維護軟件應用的成本，增強業(yè)務變化的靈活性。
　　數(shù)據(jù)中心是云計算的基礎(chǔ)，隨著數(shù)據(jù)中心規(guī)模的擴展，能量消耗已經(jīng)成為數(shù)據(jù)中心運營和維護的最大成本。日益顯露的能耗問題嚴重阻礙了云計算技術(shù)的普及和發(fā)展。許多云計算廠商都在積極研究綠色節(jié)能技術(shù)，通過快速搶占節(jié)能技術(shù)領(lǐng)域的制高點來攫取最大利益。

3、r>　　云計算中的關(guān)鍵技術(shù)主要有:MapReduce編程模式、大規(guī)模數(shù)據(jù)的分布式存儲及管理技術(shù)、虛擬化技術(shù)、云計算平臺管理技術(shù)等。云計算和群體智能算法（如蟻群算法、粒子群算法、遺傳算法等）有著天然的聯(lián)系，云計算MapReduce編程模式中的Map和Reduce單元起源于智能領(lǐng)域;群體智能算法，如蟻群算法、遺傳算法、模擬退火算法等，因為大量采用Monto Carlo方法，具有很高的并行性，可以在云計算系統(tǒng)中實現(xiàn)分布式并行計算，并行計算可以

4、充分發(fā)揮云計算平臺中強大的運算、存儲等處理能力，智能算法將會在云計算平臺中得到很好的應用。
　　蟻群算法具有自組織性、正反饋性，很強的通用性、魯棒性和高的隱含并行性。
　　為此，本文研究云計算環(huán)境下面向SaaS服務的蟻群算法及其在SaaS平臺中的應用，包括在多租戶服務定制問題中的應用和在能量感知的服務放置問題中的應用。論文研究的主要內(nèi)容和創(chuàng)新點如下。
　　1、研究云計算環(huán)境下的蟻群算法。融合云計算的關(guān)鍵技術(shù)和蟻群算法，

5、設(shè)計出云計算環(huán)境下分布式并行化的蟻群算法，提出了基于MapReduce的改進背包問題蟻群算法(MIAM)。研究該算法求解問題的一般思路、方法、特點、框架及性能，充分發(fā)揮云計算平臺強大的計算能力、分布式存儲和管理能力，為問題的分布式、并行化和智能化求解以及云計算平臺的科學化、智能化管理提供新的思路和方法。應用MapReduce編程模式實現(xiàn)蟻群優(yōu)化算法的并行化計算，應用輪盤賭、交叉、變異等方法來改進蟻群算法，通過改變概率計算時機等來降低蟻群

6、算法的計算復雜度。并應用該算法在云計算環(huán)境中分布式并行地求解大規(guī)模多維背包問題。
　　2、將云計算環(huán)境下的蟻群算法應用于解決SaaS平臺中多租戶服務定制問題。多租戶服務定制能夠滿足租戶不斷變化的個性化服務需求，也是實現(xiàn)靈活的SaaS多租戶軟件體系結(jié)構(gòu)的核心技術(shù)之一。研究SaaS中多租戶服務的有關(guān)理論、關(guān)鍵技術(shù)和實現(xiàn)方法，給出多租戶服務定制的層次結(jié)構(gòu)圖和定制流程，拓寬蟻群算法在SaaS中的智能應用，提高SaaS平臺的服務質(zhì)量與效益，

7、具有理論意義和實際應用價值。提出了基于MapReduce和多目標蟻群算法的多租戶服務定制算法(MSCMA)。MSCMA算法從眾多業(yè)務流程和海量服務中為租戶定制出最適合的業(yè)務流程和優(yōu)化的服務組合。MSCMA算法設(shè)計了多目標蟻群算法，應用MapReduce云計算技術(shù)，在云計算環(huán)境中分布式并行地運行優(yōu)化任務，并采用優(yōu)良解保持策略和解多樣性保持策略。仿真實驗結(jié)果表明，MSCMA算法在求解多租戶個性化服務定制問題時表現(xiàn)出良好的收斂性和擴展性;該算

8、法具有處理海量數(shù)據(jù)和大規(guī)模問題的能力。
　　3、將云計算環(huán)境下的蟻群算法應用于解決能量感知的服務放置問題。設(shè)計SaaS平臺中服務的分組部署策略及部署算法，來產(chǎn)生閑置服務器，使用戶的服務請求能分發(fā)到數(shù)據(jù)中心適量的服務器上，通過關(guān)閉不用的服務器來減少能耗，降低數(shù)據(jù)中心的運維成本，具有重要的應用價值，符合云計算的低碳經(jīng)濟與綠色計算的發(fā)展理念及總體發(fā)展趨勢。設(shè)計服務部署算法，提出了基于MapReduce和蟻群算法的服務部署算法。SDMA融