幻灯片1

云计算仿真框架CloudSim介绍

jiangzw#ihep.ac.cn

(以下为本人某次报告做的调研的PPT及其它一些实践记录，为保证清晰度，一些插入的图片较大，可在新标签页中打开)

欢迎交流

2013年04月09日

幻灯片2

提纲

l 概况

l 原理与功能

l 云平台组件模拟

l 数据中心

l 服务代理

l 云信息服务

l 云平台行为模拟

l 云平台策略模拟

l 资源分配

l 任务调度

l 例子与扩展

l 相关研究文献

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幻灯片3

1.概况    

l 1.1 产生背景

l 云计算得到广泛使用(北美)，需要对云环境下的资源分配与服务调度进行性能评测、优化等

l 构建实际的云平台成本高、效率低

l 公开的测试平台(Yahoo,Amazon)不易申请，规模较小，环境难以控制，结果难以重现

l 需要可重复的、可控制的、成本低廉的仿真环境

l 已经出现的分布式模拟器对虚拟化、应用管理及云计算的即用即付经济驱动的建模支持不足(GridSim,SimGrid,GangSim)

l 为简化云平台的建设与测试过程，澳大利亚墨尔本大学云计算与分布式系统实验室开发了CloudSim(2009)

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幻灯片4

1.概况    

l 1.2 主要特点

l 支持在单一物理节点仿真和大规模云计算数据中心的实例化

l 提供虚拟化引擎以完成虚拟机服务的创建与管理

l 支持对数据中心网络拓扑与应用间消息传递的建模

l 实现了多个层面的资源分配与任务调度的策略，并支持用户自定义

l 支持虚拟机到主机的分配、虚拟机间资源共享策略的定义

l 支持节能的数据中心电力供应建模

l 支持仿真实体的动态加入、暂停与重启

l 通过数据中心代理组件实现了云计算的经济驱动模型

l 研究人员只需关注抽象层的算法、策略、协议的开发

l 可扩展的、开源的、随社区需求进化的框架:1.0->2.0->2.1->3.0->3.0.2(201211)

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幻灯片5

提纲

l 概况

l 原理与功能

l 云平台组件模拟

l 数据中心

l 服务代理

l 云信息服务

l 云平台行为模拟

l 云平台策略模拟

l 资源分配

l 任务调度

l 例子与扩展

l 相关研究文献

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幻灯片6

2.1云平台典型组件模拟

l 实体概念

l CloudSim模拟云系统中的主要实体Entity

l Datacenter:提供云平台的硬件资源

l DatacenterBroker:服务代理商

l CIS:提供信息资源的注册与查询

l 实体之间可以互相传递、处理事件event

l CloudSim将实体抽象为SimEntity，包含基本属性与操作：

l 实体初始化

l 事件处理

l 实体销毁

public abstract class SimEntity｛

private String name;

private int id;

private SimEvent evbuf;

private int state;

…

 public abstract void startEntity();

 public abstract void processEvent(SimEvent ev);

 public abstract void shutdownEntity();

…

 }

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幻灯片7

2.1云平台典型组件的模拟

l 云计算平台数据中心Datacenter

l 模拟云供应商的核心基础设施服务(硬件)

l 可设定指令架构、操作系统、VMM、调度间隔、成本、VM到主机的分配策略

l 管理一组物理主机Host

l 可以设定主机的处理器数目、CPU主频、RAM、硬盘、带宽、VM间共享资源的策略、资源静态分配策略。支持同构与异构的主机配置。

l 模拟数据中心网络行为

l 以延时矩阵的模型仿真网络拓扑

l Network Datacenter模块强化了对网络拓扑的模拟

l 3.0版本支持对应用程序之间的消息传递模拟

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幻灯片8

2.1云平台典型组件的模拟

l 云计算平台服务代理DatacenterBroker

l 与云服务的客户直接交互，充当客户与数据中心的中间人

l 对客户屏蔽了云数据中心的内部操作

l 设置VM参数：主频、处理器数目、VMM类型、带宽、镜像大小，对云任务的调度策略(时间共享、空间共享、动态负载）

l 定义Cloudlet：对处理器要求、指令长度、输入与输出文件大小，对CPU、RAM、带宽利用模式

l 用户只需向broker提交自己的上述服务请求即可

l 定义一系列属性与函数，用于客户与数据中心的协调

l VM创建请求

l 任务到VM的绑定策略

public void submitVmList(List<? extends Vm> list) {

getVmList().addAll(list);

}

public void submitCloudletList(List<? extends Cloudlet> list){

getCloudletList().addAll(list);

}

public void bindCloudletToVm(int cloudletId, int vmId){

CloudletList.getById(getCloudletList(), cloudletId).setVmId(vmId);

}

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幻灯片9

2.1云平台典型组件的模拟

l 云计算平台信息服务中心CloudInformationService

l 扮演平台的黄页服务角色

l 对新资源进行注册、加入索引

l 对实体的服务请求进行查询

l 在CloudSim初始化时自动创建

public class CloudInformationService extends SimEntity {

private final List<Integer> resList;

private final List<Integer> arList;

@Override

…

public void processEvent(SimEvent ev) {

  int id = -1;   

  switch ( ev.getTag() ) {  

   case CloudSimTags.REGISTER_RESOURCE:

      resList.add( (Integer) );break;

   case CloudSimTags.REGISTER_RESOURCE_AR:

      resList.add( (Integer) ev.getData() );

      arList.add( (Integer) ev.getData() ); break;

   case CloudSimTags.RESOURCE_LIST:

      id = ( (Integer) ev.getData() ).intValue();

      super.send(id, 0L, ev.getTag(), resList); break; 

}

public boolean resourceExist(int id) {}

…

}

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幻灯片10

2.2云平台典型行为的模拟

l 行为Event

l 模拟了云平台中典型行为:虚拟机事件、任务事件、其它事件

l event的重要属性：内部类型、发生时间、等待时间、目的实体ID、源实体ID、用户定义的标签、数据

l 处理过程：

l event被创建后，被放入等待队列FutureQueue,在等待时间结束时未被处理的event会被移入DefferedQueue。

l 优点：任务被创建后可以随时被取消。

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幻灯片11

2.2云平台典型行为的模拟

l 虚拟机事件、任务事件、资源事件

l 创建VM(VM_CREATE)

l 添加VM数据(VM_DATA_ADD)

l 删除VM数据(VM_DATA_DEL)

l 迁移VM(VM_MIGRATE)

l 销毁VM(VM_DESTROY)

l 任务提交(CLOUDLET_SUBMIT)

l 任务暂停(CLOUDLET_PAUSE)

l 任务恢复(CLOUDLET_RESUME)

l 全局资源注册(REGISTER_REGIONAL_GIS)

l ……

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幻灯片12

2.3云平台典型策略的模拟

l 资源分配、任务调度策略

l 虚拟机到主机的分配(VmAllocationPolicy):合适的主机资源等

l 处理器能力分配(PeProvisioner)

l 带宽分配(BwProvisioner)

l 内存分配(RamProvisioner)

l 资源利用模式(UtilizationModel)

l 虚拟机间共享资源的实时调度(VmScheduler)

l VMM对虚拟机间共享处理器资源的策略：空间共享(VmSchedulerSpaceShared),时间共享(VmSchedulerTimeShared)

l 虚拟机内对任务的调度(CloudletScheduler)

l 虚拟机对收到的多个cloudlet共享处理器资源的策略：空间共享（CloudletSchedulerSpaceShared），时间共享(CloudletSchedulerTimeShared)

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幻灯片13

2.3云平台典型策略的模拟

l 资源分配、任务调度策略

l 继承相应的类，可进行扩展，实现自己的策略

l CloudSim元数据架构图

l 以虚拟机的主机分配策略为例

l 寻求能满足VM需求的Host，然后把VM创建到该Host上

l 核心函数:public abstract boolean allocateHostForVm(Vm vm);

l CloudSim已实现的一种分配策略VmAllocationSimple

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幻灯片14

提纲

l 概况

l 原理与功能

l 云平台组件模拟

l 云平台行为模拟

l 云平台策略模拟

Cloudsim的元数据结构图，蓝色为用于二次开发的：