基于兩階段適應(yīng)的ASBS性能持續(xù)優(yōu)化方法研究.pdf

1、隨著Web服務(wù)技術(shù)的發(fā)展和不斷成熟，基于服務(wù)的軟件系統(tǒng)(Service-Based Softwaresystems，SBS)已經(jīng)成為了在互聯(lián)網(wǎng)開放環(huán)境中快速構(gòu)建大規(guī)模、分布式應(yīng)用的主要形式?？紤]到SBS運行在開放的互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中，隨著可用服務(wù)數(shù)量的增多、服務(wù)功能或性能的持續(xù)變化，手工修改SBS以獲得更高的系統(tǒng)性能變得越發(fā)困難，能夠隨環(huán)境變化自治地調(diào)節(jié)其運行時行為而提高系統(tǒng)性能的SBS，即基于服務(wù)的自適應(yīng)軟件系統(tǒng)(AdaptiveSBS，A

2、SBS)，已經(jīng)成為了開放網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下分布式軟件系統(tǒng)的重要發(fā)展方向。
　　目前，大部分現(xiàn)有ASBS性能優(yōu)化研究都將SBS視為一個組合Web服務(wù)，進而基于動態(tài)服務(wù)組合或動態(tài)服務(wù)選取實現(xiàn)其性能優(yōu)化。然而，與組合Web服務(wù)不同，SBS是從系統(tǒng)角度提出的概念，強調(diào)從業(yè)務(wù)分析開始、到業(yè)務(wù)建模、環(huán)境建模、系統(tǒng)初始實例生成及其隨環(huán)境變化的不斷演化和自適應(yīng)執(zhí)行直到最終被撤銷的完整生命周期中對系統(tǒng)性能的持續(xù)優(yōu)化，因此，在性能優(yōu)化效果的評估、性能優(yōu)化機制

3、和優(yōu)化策略的設(shè)計等方面都與面向一次執(zhí)行過程的組合Web服務(wù)性能優(yōu)化具有明顯的區(qū)別。
　　論文以實現(xiàn)ASBS性能的持續(xù)優(yōu)化為目標，圍繞如何滿足系統(tǒng)完整生命周期中多實例和多尺度的性能優(yōu)化需求、如何解決現(xiàn)有優(yōu)化方法在優(yōu)化效果和優(yōu)化效率之間的矛盾以及如何在ASBS優(yōu)化過程中兼顧服務(wù)消費者和服務(wù)提供者的收益等三個主要問題，試圖通過面向系統(tǒng)性能持續(xù)優(yōu)化目標建立一個支持現(xiàn)有的和未來可能出現(xiàn)的所有系統(tǒng)執(zhí)行實例優(yōu)化運行的支撐環(huán)境，將ASBS的性能優(yōu)

4、化分解為面向可靠運行的在線反應(yīng)式性能優(yōu)化和面向優(yōu)化運行的離線預(yù)測式性能優(yōu)化兩個階段，有效結(jié)合反應(yīng)式適應(yīng)和預(yù)測式適應(yīng)、局部優(yōu)化和全局優(yōu)化服務(wù)選取解決優(yōu)化效率和優(yōu)化效果之間的矛盾，形成一個通用的、統(tǒng)一的ASBS性能持續(xù)優(yōu)化框架，使ASBS的提供者和使用者都能夠在提供和使用系統(tǒng)的過程中收獲各自期望的價值。具體地，論文主要完成了以下工作:
　　(1)面對ASBS性能持續(xù)優(yōu)化的需求，提出了將ASBS性能優(yōu)化劃分為面向可靠運行的在線反應(yīng)式適應(yīng)

5、和面向優(yōu)化運行的離線預(yù)測式適應(yīng)兩個階段的構(gòu)想，建立了基于兩階段適應(yīng)的ASBS性能持續(xù)優(yōu)化機制，支持對局部優(yōu)化與全局優(yōu)化、預(yù)測式適應(yīng)與反應(yīng)式適應(yīng)的有效結(jié)合，形成了一個統(tǒng)一而通用的能夠兼顧優(yōu)化效率和效果、提供者和使用者收益的ASBS性能持續(xù)優(yōu)化框架。
　　(2)為支持離線適應(yīng)對在線適應(yīng)的有效信息反饋，以實現(xiàn)對系統(tǒng)性能優(yōu)化過程的兩階段劃分，提出了一個基于Pareto占優(yōu)的SBS優(yōu)化運行支撐環(huán)境構(gòu)建方法。通過基于Pareto占優(yōu)原則直接面

6、向服務(wù)的多維質(zhì)量指標篩選和管理服務(wù)，使所建立的服務(wù)環(huán)境能夠打破現(xiàn)有優(yōu)化方法只生成單一最優(yōu)解的限制，為在線適應(yīng)提供一組在各個質(zhì)量維度上均衡的折中解，支持面向多實例和多尺度的優(yōu)化需求。
　　(3)針對開放的服務(wù)環(huán)境中給定變化事件對系統(tǒng)實際執(zhí)行的影響的不確定性，提出了一個基于動態(tài)變化影響分析的ASBS離線預(yù)測式性能優(yōu)化方法。在現(xiàn)有研究只基于變化幅度度量變化影響的基礎(chǔ)上，擴展從時間軸上動態(tài)分析變化時間影響系統(tǒng)執(zhí)行的可能性，設(shè)計了一個支持動

7、態(tài)變化影響分析的系統(tǒng)執(zhí)行上下文模型，提出了變化影響概率的概念并給出了其度量方法，建立了相應(yīng)的系統(tǒng)性能主動優(yōu)化策略，以保證預(yù)測式性能優(yōu)化的有效性和必要性。
　　(4)為在ASBS性能優(yōu)化過程中兼顧系統(tǒng)提供者的收益，提出了一個系統(tǒng)長期收益驅(qū)動的ASBS在線反應(yīng)式性能優(yōu)化方法?；趯ο到y(tǒng)長期收益構(gòu)成的分析，設(shè)計了一個支持系統(tǒng)長期收益評估的狀態(tài)—活動—收益(SAR)模型，用以捕獲ASBS在線優(yōu)化過程中系統(tǒng)狀態(tài)、在線適應(yīng)活動和系統(tǒng)收益之間的

8、動態(tài)因果關(guān)系，并將系統(tǒng)長期收益優(yōu)化建模為一個部分可觀察馬爾科夫決策過程進行求解，以支持生成既能夠滿足使用者需求又能夠?qū)崿F(xiàn)提供者收益最大化的在線適應(yīng)決策。
　　(5)為了驗證所提出的基于兩階段適應(yīng)的ASBS性能持續(xù)優(yōu)化方法的有效性和實用性，設(shè)計了一個支持ASBS持續(xù)優(yōu)化運行的反射框架，并基于Apache開源企業(yè)服務(wù)總線項目ServiceMix設(shè)計并實現(xiàn)了一個SBS優(yōu)化運行支撐平臺原型系統(tǒng)。進而，在所建立的原型系統(tǒng)上，以一個簡單的銀行