自律計(jì)算系統(tǒng)測(cè)評(píng)技術(shù)研究

1、:www.paper.1自律計(jì)算系統(tǒng)測(cè)評(píng)技術(shù)研究自律計(jì)算系統(tǒng)測(cè)評(píng)技術(shù)研究1王慧強(qiáng)，呂宏武，哈爾濱工程大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院，黑龍江哈爾濱(150001)Email：lvhongwu@hrbeu.摘要：隨著自律計(jì)算技術(shù)的快速發(fā)展和自律計(jì)算系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，自律計(jì)算系統(tǒng)測(cè)評(píng)已經(jīng)成為一個(gè)新的研究熱點(diǎn)。本文首先對(duì)已有的自律計(jì)算系統(tǒng)測(cè)評(píng)指標(biāo)體系、測(cè)評(píng)模型、測(cè)評(píng)工具和相關(guān)的工業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了的分析和比較。接著在此基礎(chǔ)上針對(duì)當(dāng)前自律計(jì)算系統(tǒng)測(cè)評(píng)的不足之處，提出了

2、一個(gè)新的、更為通用的自律計(jì)算系統(tǒng)多維測(cè)評(píng)模型。最后，簡要介紹了自律計(jì)算系統(tǒng)測(cè)評(píng)技術(shù)當(dāng)前面臨的問題和挑戰(zhàn)，并就該領(lǐng)域內(nèi)的相關(guān)工作及發(fā)展方向進(jìn)行了展望。關(guān)鍵詞鍵詞：自律計(jì)算；自律計(jì)算系統(tǒng)；測(cè)評(píng)模型；測(cè)評(píng)指標(biāo)體系；中圖分類號(hào)：號(hào)：TP3931.引言隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展和因特網(wǎng)技術(shù)的普遍應(yīng)用，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)向著分布式、大型化、復(fù)雜化演化，系統(tǒng)的交互性、動(dòng)態(tài)性、異構(gòu)性越發(fā)顯著，對(duì)系統(tǒng)的配置、優(yōu)化、保護(hù)變得十分困難且管理的開銷不斷加大。由于管理軟件

3、自身復(fù)雜性地爆炸性增長，傳統(tǒng)上通過設(shè)計(jì)更為精細(xì)和復(fù)雜的管理軟件對(duì)系統(tǒng)實(shí)行管理的方法變得不再適應(yīng)當(dāng)前形勢(shì)[1]。據(jù)IBM的一份調(diào)查資料顯示，2003年在美國IT產(chǎn)業(yè)25%50%的資源被用于問題的決策，大約50%的預(yù)算用于阻止和恢復(fù)系統(tǒng)故障[2]。另一份報(bào)告顯示，當(dāng)機(jī)一小時(shí)給美國銀行業(yè)帶來的損失高達(dá)2600000美元[3]。因此迫切需要一種新的技術(shù)來解決這個(gè)困境。2001年，IBM的執(zhí)行副總裁PualHn在哈佛大學(xué)召開的國際工程學(xué)術(shù)會(huì)議上，

4、借鑒生物神經(jīng)系統(tǒng)的自覺性首次提出自律計(jì)算這個(gè)概念[4]。其基本思想是從整體上設(shè)計(jì)一種具有自我感知、自我管理能力的分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，使其在向用戶提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)的同時(shí)隱藏其自身的復(fù)雜性。此項(xiàng)技術(shù)一經(jīng)提出立即引起了廣泛的關(guān)注，IBM、HP、SUN等公司都提出了相應(yīng)的研究計(jì)劃，經(jīng)過各大商業(yè)公司和學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)的努力，目前已經(jīng)產(chǎn)生了許多支持自律計(jì)算的系統(tǒng)，例如Autonomia，Rainbow，Prato等[57]，一般稱之為自律計(jì)算系統(tǒng)。到目前為止，自

5、律計(jì)算系統(tǒng)已經(jīng)被應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)管理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和航天控制等諸多關(guān)鍵領(lǐng)域[5810]，發(fā)揮了重要作用，如何確定當(dāng)前系統(tǒng)的自律特性并進(jìn)一步提高自律計(jì)算系統(tǒng)的性能，成為需要迫切解決的一個(gè)問題[11]。對(duì)系統(tǒng)自律性能測(cè)評(píng)的研究，有助于確定影響系統(tǒng)自律性的關(guān)鍵因素及系統(tǒng)設(shè)計(jì)的缺陷和不足，可以為自律計(jì)算系統(tǒng)得進(jìn)一步發(fā)展提供重要的技術(shù)參考。目前許多科研機(jī)構(gòu)已經(jīng)對(duì)自律計(jì)算系統(tǒng)的測(cè)評(píng)進(jìn)行了初步的研究，提出了一些測(cè)評(píng)指標(biāo)體系、測(cè)評(píng)模型和工具，某些國際標(biāo)準(zhǔn)化組織還

6、發(fā)布了相應(yīng)自律計(jì)算系統(tǒng)工業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)。但是總體上來說，自律計(jì)算系統(tǒng)測(cè)評(píng)技術(shù)整體上仍然處于基于規(guī)則測(cè)評(píng)和手工測(cè)評(píng)的初期階段，目前大部分工作還集中在對(duì)特定屬性的測(cè)評(píng)上，還沒有比較完善的系統(tǒng)自律性測(cè)評(píng)模型，測(cè)評(píng)工具也很缺乏。因此急需提出新的測(cè)評(píng)模型和測(cè)評(píng)算法推動(dòng)自律計(jì)算系統(tǒng)測(cè)評(píng)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。本文針對(duì)當(dāng)前國內(nèi)外自律計(jì)算系統(tǒng)已有測(cè)評(píng)指標(biāo)、測(cè)評(píng)模型、測(cè)評(píng)工具和相關(guān)工業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了分析和比較，在此基礎(chǔ)上借鑒多主體系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)安全等相關(guān)領(lǐng)1本課題得到國家

7、高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（863計(jì)劃）基金（項(xiàng)目編號(hào)：2007AA01Z401）和國家自然科學(xué)基金（項(xiàng)目編號(hào)：90718003）的資助。:www.paper.3自律計(jì)算系統(tǒng)的特有屬性即可成為自律計(jì)算系統(tǒng)測(cè)評(píng)指標(biāo)體系[19]。下面對(duì)自律計(jì)算系統(tǒng)常用的測(cè)評(píng)指標(biāo)進(jìn)行簡要介紹。（1）服務(wù)質(zhì)量(QoS)服務(wù)質(zhì)量是自律計(jì)算系統(tǒng)測(cè)評(píng)常用的一個(gè)指標(biāo)，它可以有效地反映出系統(tǒng)達(dá)到其設(shè)計(jì)目標(biāo)的程度，通常它都是由一系列的子指標(biāo)構(gòu)成的，例如數(shù)據(jù)分發(fā)的時(shí)間、速度、效率等

8、[1920]，這些指標(biāo)都緊緊圍繞著系統(tǒng)所關(guān)注的服務(wù)或應(yīng)用領(lǐng)域。它可以被用來作為一個(gè)全局的指標(biāo)、子服務(wù)指標(biāo)或者是一個(gè)組件的指標(biāo)。通常情況下，它都用來測(cè)試系統(tǒng)服務(wù)的優(yōu)劣，根據(jù)測(cè)評(píng)結(jié)果考慮利用自治的策略來提高性能，或者是通過采用個(gè)性化的GUI設(shè)計(jì)和提高用戶的方便性。Bennani等人在文獻(xiàn)[21]中把QoS作為測(cè)定自律計(jì)算系統(tǒng)的魯棒性的手段，通過設(shè)計(jì)了一個(gè)遵循2狀態(tài)柯西分布可變系數(shù)的QoS控制器實(shí)現(xiàn)自律調(diào)節(jié)，經(jīng)過分析QoS的變化來分析系統(tǒng)的魯

9、棒性。實(shí)驗(yàn)中考查了在多個(gè)任務(wù)共同到達(dá)或當(dāng)系統(tǒng)服務(wù)時(shí)又出現(xiàn)新服務(wù)請(qǐng)求的情況下，待測(cè)自律計(jì)算系統(tǒng)的魯棒性。（2）適應(yīng)和反應(yīng)時(shí)間適應(yīng)和反應(yīng)時(shí)間也是自律測(cè)評(píng)過程中常用的一個(gè)測(cè)評(píng)指標(biāo)，適應(yīng)時(shí)間是指由系統(tǒng)識(shí)別出環(huán)境的改變到系統(tǒng)適應(yīng)了環(huán)境改變而重新達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)的時(shí)間，反應(yīng)時(shí)間可以看作是適應(yīng)時(shí)間的一部分，它是指系統(tǒng)識(shí)別出了環(huán)境的改變到系統(tǒng)決定以何種策略來應(yīng)對(duì)這種改變的時(shí)間。DavidGarlan等人對(duì)Rainbow系統(tǒng)的適應(yīng)性測(cè)評(píng)采用了反應(yīng)時(shí)間作為測(cè)評(píng)

10、的指標(biāo)[5]。作者采用的策略是：當(dāng)網(wǎng)絡(luò)過載時(shí)，CS系統(tǒng)的客戶端延遲應(yīng)小于兩秒，否則實(shí)驗(yàn)將引起（自）修復(fù)。不過該測(cè)評(píng)方法過于簡單，采用的策略過于單一，還需要進(jìn)一步地改進(jìn)。E.G.Pereira等人在文獻(xiàn)[20]中對(duì)他們提出的自恢復(fù)模型進(jìn)行了測(cè)評(píng)該試驗(yàn)的測(cè)評(píng)指標(biāo)主要是延遲時(shí)間。作者指出由于網(wǎng)絡(luò)的許多服務(wù)需要隨時(shí)添加和移出，導(dǎo)致需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行重新配置，其主張用自配置來實(shí)現(xiàn)自恢復(fù)提出了相應(yīng)的自恢復(fù)模型并研究了對(duì)網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)服務(wù)和本地應(yīng)用軟件的重配置

11、，通過分析在沒有用戶干預(yù)的情況下自律配置所需要的延遲時(shí)間，來分析自恢復(fù)的執(zhí)行性能。（3）開銷目前對(duì)自律計(jì)算系統(tǒng)的測(cè)評(píng)大多只是關(guān)注于系統(tǒng)達(dá)到既定目標(biāo)的程度，系統(tǒng)組件之間的交互、協(xié)作和動(dòng)作執(zhí)行的開銷還沒被考慮到測(cè)評(píng)的結(jié)果內(nèi)。對(duì)于大多數(shù)的商業(yè)系統(tǒng)而言，減少系統(tǒng)維護(hù)和管理的開銷是一個(gè)重要的目標(biāo)，雖然減少開銷的效益不能立刻顯現(xiàn)，但長此以往將會(huì)提高系統(tǒng)自管理的能力。此外由于自律計(jì)算系統(tǒng)為了實(shí)現(xiàn)自律必然需要增加監(jiān)測(cè)、分析和計(jì)劃等機(jī)制，這會(huì)帶來額外的開

12、銷，在系統(tǒng)的測(cè)評(píng)中這些開銷也必須被考慮到。在對(duì)自律計(jì)算系統(tǒng)Patia的測(cè)評(píng)中[22]，測(cè)試了對(duì)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器增加自律特征以解決請(qǐng)求激增與震蕩的問題，但經(jīng)研究顯示，通過增加檢測(cè)機(jī)制給服務(wù)器帶來的效益并不足以抵消相應(yīng)的開銷，因此在向一個(gè)非自律計(jì)算系統(tǒng)添加自律機(jī)制時(shí)，必須要考查帶來的額外開銷。（4）粒度粒度是另一個(gè)對(duì)系統(tǒng)性能影響較大的因素，不同的粒度對(duì)反應(yīng)時(shí)間的影響很大，粒度良好的組件具有更高的適應(yīng)性和靈活性，但另一方面對(duì)粒度的要求過高將導(dǎo)致

13、需要更多的環(huán)境數(shù)據(jù)，同時(shí)組件也會(huì)帶來相應(yīng)的反饋信息，于是整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流將會(huì)急劇增加，影響到系統(tǒng)的性能。此外相同的服務(wù)在兩個(gè)不同自律粒度的系統(tǒng)之上也不能被簡單比較，應(yīng)該在對(duì)粒度進(jìn)行處理后再進(jìn)行測(cè)評(píng)。（5）魯棒性通常優(yōu)良的魯棒性是自律計(jì)算系統(tǒng)一個(gè)重要的特征，許多自律計(jì)算系統(tǒng)都在不同層級(jí)上設(shè)計(jì)了避免錯(cuò)誤的機(jī)制，以提高魯棒性，例如通過處理群集系統(tǒng)中的節(jié)點(diǎn)失效以避免硬件失效。某些系統(tǒng)被設(shè)計(jì)成能夠處理預(yù)測(cè)到的失效，如利用平均硬件失效時(shí)間或其它一些