自律計算系統(tǒng)測評技術(shù)研究

1、:www.paper.1自律計算系統(tǒng)測評技術(shù)研究自律計算系統(tǒng)測評技術(shù)研究1王慧強，呂宏武，哈爾濱工程大學計算機學院，黑龍江哈爾濱(150001)Email：lvhongwu@hrbeu.摘要：隨著自律計算技術(shù)的快速發(fā)展和自律計算系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，自律計算系統(tǒng)測評已經(jīng)成為一個新的研究熱點。本文首先對已有的自律計算系統(tǒng)測評指標體系、測評模型、測評工具和相關(guān)的工業(yè)化標準進行了的分析和比較。接著在此基礎(chǔ)上針對當前自律計算系統(tǒng)測評的不足之處，提出了

2、一個新的、更為通用的自律計算系統(tǒng)多維測評模型。最后，簡要介紹了自律計算系統(tǒng)測評技術(shù)當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)展方向進行了展望。關(guān)鍵詞鍵詞：自律計算；自律計算系統(tǒng)；測評模型；測評指標體系；中圖分類號：號：TP3931.引言隨著計算機技術(shù)的快速發(fā)展和因特網(wǎng)技術(shù)的普遍應(yīng)用，計算機系統(tǒng)向著分布式、大型化、復(fù)雜化演化，系統(tǒng)的交互性、動態(tài)性、異構(gòu)性越發(fā)顯著，對系統(tǒng)的配置、優(yōu)化、保護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)計更為精細和復(fù)雜的管理軟件對系統(tǒng)實行管理的方法變得不再適應(yīng)當前形勢[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]。另一份報告顯示，當機一小時給美國銀行業(yè)帶來的損失高達2600000美元[3]。因此迫切需要一種新的技術(shù)來解決這個困境。2001年，IBM的執(zhí)行副總裁PualHn在哈佛大學召開的國際工程學術(shù)會議上，

4、借鑒生物神經(jīng)系統(tǒng)的自覺性首次提出自律計算這個概念[4]。其基本思想是從整體上設(shè)計一種具有自我感知、自我管理能力的分布式計算機系統(tǒng)，使其在向用戶提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)的同時隱藏其自身的復(fù)雜性。此項技術(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)的研究計劃，經(jīng)過各大商業(yè)公司和學術(shù)機構(gòu)的努力，目前已經(jīng)產(chǎn)生了許多支持自律計算的系統(tǒng)，例如Autonomia，Rainbow，Prato等[57]，一般稱之為自律計算系統(tǒng)。到目前為止，自

5、律計算系統(tǒng)已經(jīng)被應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)管理、數(shù)據(jù)存儲和航天控制等諸多關(guān)鍵領(lǐng)域[5810]，發(fā)揮了重要作用，如何確定當前系統(tǒng)的自律特性并進一步提高自律計算系統(tǒng)的性能，成為需要迫切解決的一個問題[11]。對系統(tǒng)自律性能測評的研究，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)計的缺陷和不足，可以為自律計算系統(tǒng)得進一步發(fā)展提供重要的技術(shù)參考。目前許多科研機構(gòu)已經(jīng)對自律計算系統(tǒng)的測評進行了初步的研究，提出了一些測評指標體系、測評模型和工具，某些國際標準化組織還

6、發(fā)布了相應(yīng)自律計算系統(tǒng)工業(yè)化標準。但是總體上來說，自律計算系統(tǒng)測評技術(shù)整體上仍然處于基于規(guī)則測評和手工測評的初期階段，目前大部分工作還集中在對特定屬性的測評上，還沒有比較完善的系統(tǒng)自律性測評模型，測評工具也很缺乏。因此急需提出新的測評模型和測評算法推動自律計算系統(tǒng)測評技術(shù)的進一步發(fā)展。本文針對當前國內(nèi)外自律計算系統(tǒng)已有測評指標、測評模型、測評工具和相關(guān)工業(yè)化標準進行了分析和比較，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)展計劃（863計劃）基金（項目編號：2007AA01Z401）和國家自然科學基金（項目編號：90718003）的資助。:www.paper.3自律計算系統(tǒng)的特有屬性即可成為自律計算系統(tǒng)測評指標體系[19]。下面對自律計算系統(tǒng)常用的測評指標進行簡要介紹。（1）服務(wù)質(zhì)量(QoS)服務(wù)質(zhì)量是自律計算系統(tǒng)測評常用的一個指標，它可以有效地反映出系統(tǒng)達到其設(shè)計目標的程度，通常它都是由一系列的子指標構(gòu)成的，例如數(shù)據(jù)分發(fā)的時間、速度、效率等

8、[1920]，這些指標都緊緊圍繞著系統(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全局的指標、子服務(wù)指標或者是一個組件的指標。通常情況下，它都用來測試系統(tǒng)服務(wù)的優(yōu)劣，根據(jù)測評結(jié)果考慮利用自治的策略來提高性能，或者是通過采用個性化的GUI設(shè)計和提高用戶的方便性。Bennani等人在文獻[21]中把QoS作為測定自律計算系統(tǒng)的魯棒性的手段，通過設(shè)計了一個遵循2狀態(tài)柯西分布可變系數(shù)的QoS控制器實現(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。實驗中考查了在多個任務(wù)共同到達或當系統(tǒng)服務(wù)時又出現(xiàn)新服務(wù)請求的情況下，待測自律計算系統(tǒng)的魯棒性。（2）適應(yīng)和反應(yīng)時間適應(yīng)和反應(yīng)時間也是自律測評過程中常用的一個測評指標，適應(yīng)時間是指由系統(tǒng)識別出環(huán)境的改變到系統(tǒng)適應(yīng)了環(huán)境改變而重新達到穩(wěn)定狀態(tài)的時間，反應(yīng)時間可以看作是適應(yīng)時間的一部分，它是指系統(tǒng)識別出了環(huán)境的改變到系統(tǒng)決定以何種策略來應(yīng)對這種改變的時間。DavidGarlan等人對Rainbow系統(tǒng)的適應(yīng)性測評采用了反應(yīng)時間作為測評

10、的指標[5]。作者采用的策略是：當網(wǎng)絡(luò)過載時，CS系統(tǒng)的客戶端延遲應(yīng)小于兩秒，否則實驗將引起（自）修復(fù)。不過該測評方法過于簡單，采用的策略過于單一，還需要進一步地改進。E.G.Pereira等人在文獻[20]中對他們提出的自恢復(fù)模型進行了測評該試驗的測評指標主要是延遲時間。作者指出由于網(wǎng)絡(luò)的許多服務(wù)需要隨時添加和移出，導致需要對系統(tǒng)進行重新配置，其主張用自配置來實現(xiàn)自恢復(fù)提出了相應(yīng)的自恢復(fù)模型并研究了對網(wǎng)絡(luò)存儲服務(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間，來分析自恢復(fù)的執(zhí)行性能。（3）開銷目前對自律計算系統(tǒng)的測評大多只是關(guān)注于系統(tǒng)達到既定目標的程度，系統(tǒng)組件之間的交互、協(xié)作和動作執(zhí)行的開銷還沒被考慮到測評的結(jié)果內(nèi)。對于大多數(shù)的商業(yè)系統(tǒng)而言，減少系統(tǒng)維護和管理的開銷是一個重要的目標，雖然減少開銷的效益不能立刻顯現(xiàn)，但長此以往將會提高系統(tǒng)自管理的能力。此外由于自律計算系統(tǒng)為了實現(xiàn)自律必然需要增加監(jiān)測、分析和計劃等機制，這會帶來額外的開

12、銷，在系統(tǒng)的測評中這些開銷也必須被考慮到。在對自律計算系統(tǒng)Patia的測評中[22]，測試了對一個網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器增加自律特征以解決請求激增與震蕩的問題，但經(jīng)研究顯示，通過增加檢測機制給服務(wù)器帶來的效益并不足以抵消相應(yīng)的開銷，因此在向一個非自律計算系統(tǒng)添加自律機制時，必須要考查帶來的額外開銷。（4）粒度粒度是另一個對系統(tǒng)性能影響較大的因素，不同的粒度對反應(yīng)時間的影響很大，粒度良好的組件具有更高的適應(yīng)性和靈活性，但另一方面對粒度的要求過高將導致

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