王燕妮+吳文輝

摘要：如今，云計(jì)算技術(shù)愈加受到各界的關(guān)注。然而不同應(yīng)用具有不同的組成、配置和部署需求，如何量化與比較這些應(yīng)用模型的性能，從而提高云計(jì)算資源使用效率，成為重要的研究課題。文章簡述了為解決此問題而開發(fā)的云仿真軟件CloudSim，并以CloudSim3.O為重點(diǎn)研究對象。文章重點(diǎn)闡述了仿真軟件的仿真流程，并以仿真事件為焦點(diǎn)闡述了仿真流程中各仿真實(shí)體的變化情況，并結(jié)合實(shí)例進(jìn)行說明。

關(guān)鍵詞：CloudSim3.0；仿真流程

中圖分類號：TP393

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI：10，3969/j.issn.1003-6970.2015.06，020

本文著錄格式：王燕妮，吳文輝.Cloudsim3.O仿真流程分析叮]軟件，2015，36（6）：109-113

TheAnalysisofSimulationProcessofCloudsim3.0

WangYan-ni，WuWen-hui

[Abstract]：Nowadays，cloudcomputingtechnologyhasbeenwidelypaidattention.But，differentapplicationsbasedoncloudcomputinghavedifferentrequirementsofconfigurationsanddeployments.Therefore，howtoquantifyandcomparethecapabilityofdifferentmodelsinordertoincreasetheoperationrateofcloudcomputingresourcehasbeenwidelyresearched.ThispaperintroducestheCloudSimsoftwareandfocusesonCloudSim3.0.Thepaperexpoundsthesimulationprocessofthesoftwareandthesimulationeventsoftheprocess.Intheend，theprocessisillustratedwithanexample.

[Keywordsl：CloudSim3.0；Cloudcomputing；Simulationprocess

0引言

隨著硬件條件的更新發(fā)展以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的成熟演進(jìn)，云計(jì)算應(yīng)運(yùn)而生。云計(jì)算的目的是通過架構(gòu)下一代數(shù)據(jù)中心作為虛擬服務(wù)的硬件和軟件設(shè)施，使用戶能從世界的任何地方獲得和部署應(yīng)用程序。云計(jì)算是由分布式處理、并行處理和網(wǎng)格計(jì)算演進(jìn)發(fā)展，并在商業(yè)上實(shí)現(xiàn)的計(jì)算機(jī)概念，其本質(zhì)是數(shù)據(jù)共享計(jì)算模式與服務(wù)共享計(jì)算模式的結(jié)合體，是下一代計(jì)算模式的發(fā)展方向[1]。

云計(jì)算的主要任務(wù)是為基于互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用服務(wù)提供可靠、安全、容錯(cuò)、可持續(xù)、可擴(kuò)展的基礎(chǔ)設(shè)施，然而不同的應(yīng)用具有不同的組成、配置和部署需求，云端基礎(chǔ)設(shè)施上的應(yīng)用及服務(wù)模型的負(fù)載、能源性能和系統(tǒng)規(guī)模都在不斷發(fā)生變化，因此量化與比較這些應(yīng)用和服務(wù)模型的性能，從而控制使用云計(jì)算資源，提高云資源的使用效率就成為業(yè)界研究的一大熱點(diǎn)[2]。為解決此問題，墨爾本大學(xué)的學(xué)者開發(fā)了云仿真平臺(tái)CloudSim[3]，用以實(shí)現(xiàn)云計(jì)算系統(tǒng)和應(yīng)用資源調(diào)度的模擬與仿真。

1CloudSim簡介

CloudSim是澳大利亞墨爾本大學(xué)開發(fā)的云計(jì)算仿真軟件。CloudSim是在GridSim模型基礎(chǔ)上發(fā)展而來，提供了云計(jì)算的特性，支持云計(jì)算的資源管理和調(diào)度模擬。CloudSim是開源項(xiàng)目，可以在windows和linux上運(yùn)行。CloudSim的擴(kuò)展部分實(shí)現(xiàn)了一系列接口，提供基于數(shù)據(jù)中心的虛擬化技術(shù)、虛擬化云的建模和仿真功能。利用CloudSim仿真軟件，用戶可以反復(fù)測試自己的服務(wù)，在組成、配置和部署軟件前評估模擬軟件，調(diào)節(jié)性能瓶頸，減少資金耗費(fèi)‘4]。

CloudSim具有多個(gè)版本，本文的研究對象是CloudSim3.0。CloudSim3.0采用分層的體系結(jié)構(gòu)。仿真層為云計(jì)算的虛擬數(shù)據(jù)中心環(huán)境的配置和仿真提供支持，包括虛擬機(jī)、內(nèi)存、容量及帶寬的接口，該層用于主機(jī)分配到虛擬機(jī)的策略研究，并通過擴(kuò)展核心的虛擬機(jī)調(diào)度函數(shù)實(shí)現(xiàn)。最上層是用戶代碼層，該層提供一些基本的實(shí)體，如主機(jī)、應(yīng)用、虛擬機(jī)，用戶數(shù)據(jù)和應(yīng)用類型，以及代理調(diào)度策略等‘2]。CloudSim3.0提供虛擬化引擎，可在數(shù)據(jù)中心節(jié)點(diǎn)上建立和管理多重的虛擬化任務(wù)，并在虛擬化服務(wù)分配時(shí)在時(shí)間共享及空間共享策略之間靈活切換。Cloudsim3.0是開源的，用戶可以通過擴(kuò)展接口擴(kuò)展開源代碼，實(shí)現(xiàn)自己的調(diào)度策略，并基于特定環(huán)境和配置進(jìn)行測試，驗(yàn)證相應(yīng)功能。

2CloudSim3.O仿真流程及事件響應(yīng)機(jī)制分析

2.1CloudSim3.0仿真流程

不論初始條件以及調(diào)度策略是否有所不同，CloudSim的仿真流程總是不變的。CloudSim的仿真流程分為三個(gè)階段：初始化仿真環(huán)境，執(zhí)行仿真，結(jié)束仿真。其仿真流程圖如圖1所示。

在圖1中，每一個(gè)方框代表一個(gè)事件，也就是CloudSim執(zhí)行仿真過程中所要做的事情，每一個(gè)菱形框表示事件執(zhí)行的條件，在執(zhí)行下一次事件之前，先根據(jù)菱形圖中所示的條件進(jìn)行判斷，從而決定下一步執(zhí)行何種事件。CIS是指CloudInformationService，提供實(shí)體資源注冊的功能，每產(chǎn)生一個(gè)新的實(shí)體，必須向CIS進(jìn)行注冊，實(shí)體是能進(jìn)行事件處理的數(shù)據(jù)中心，注冊實(shí)體資源，是為了管理實(shí)體；future隊(duì)列是指未來事件隊(duì)列，維護(hù)著所有新產(chǎn)生的事件隊(duì)列，這些事件都是將要被處理的，每處理一件事件，可能會(huì)產(chǎn)生新的事件，此時(shí)，新的事件將被加入到此隊(duì)列，等待處理；deferred隊(duì)列是延時(shí)事件隊(duì)列，所有事件必須經(jīng)過從future隊(duì)列移除，加入到deferred隊(duì)列中，才能被各個(gè)實(shí)體進(jìn)行處理來完成相應(yīng)的任務(wù)，實(shí)體資源處理事件時(shí)，是處理從deferred隊(duì)列中彈出的事件，每一個(gè)具體的任務(wù)是由多個(gè)事件組成，事件都有先后順序，根據(jù)其狀態(tài)保存到相應(yīng)隊(duì)列中。

如上所述，仿真過程分為三個(gè)階段：初始化仿真環(huán)境，執(zhí)行仿真，結(jié)束仿真。在第一階段初始化仿真環(huán)境時(shí)，先初始化CloudSim核心仿真引擎，這標(biāo)志著仿真已經(jīng)開始，然后創(chuàng)建數(shù)據(jù)中心，再創(chuàng)建數(shù)據(jù)中心代理，這是上一級的實(shí)體資源，接下來創(chuàng)建虛擬機(jī)，虛擬機(jī)是下一級的實(shí)體資源，所以要將虛擬機(jī)列表提交給數(shù)據(jù)中心代理，然后創(chuàng)建云任務(wù)，將云任務(wù)列表要提交給數(shù)據(jù)中心代理。初始化完成后，正式啟動(dòng)仿真，在這一階段，主要是按照相應(yīng)的調(diào)度策略處理仿真運(yùn)轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的各個(gè)事件，在軟件源碼中，調(diào)度策略有時(shí)間共享策略和空間共享策略，研究人員還可以根據(jù)具體應(yīng)用進(jìn)行擴(kuò)展，開發(fā)出其它調(diào)度策略，因所有事件都要經(jīng)過future隊(duì)列，所以若此隊(duì)列中沒有任何事件，則可停止仿真，如有事件，則加入到deferred隊(duì)列中，等待下一步處理。在執(zhí)行仿真階段，可以暫停仿真，需要繼續(xù)運(yùn)行時(shí)，可喚醒仿真，繼續(xù)運(yùn)行。如果所有事件處理完畢，則預(yù)示著仿真運(yùn)行階段的結(jié)束，如此，則可以結(jié)束仿真，在仿真結(jié)束階段，主要是設(shè)置實(shí)體為不可運(yùn)行狀態(tài)，標(biāo)識(shí)實(shí)體關(guān)閉，結(jié)束仿真。

2.2仿真事件生命周期

CloudSim仿真軟件是離散事件驅(qū)動(dòng)的[3]，使用白帶的離散事件模擬鏈接庫來進(jìn)行事件處理和內(nèi)部事件消息傳送。仿真進(jìn)行的過程就是對每一個(gè)仿真事件進(jìn)行處理的過程，仿真事件貫穿著仿真過程的始終，所以仿真事件的生命周期是整個(gè)仿真過程的核心，所以，為了研究仿真過程如何運(yùn)行，則必須研究仿真事件的來龍去脈，仿真事件是怎樣產(chǎn)生的，將要做怎樣的處理，仿真事件某時(shí)某刻是怎樣的狀態(tài)，在何種條件下，仿真事件將會(huì)消亡?？傊?，仿真事件的生命周期就是產(chǎn)生、運(yùn)轉(zhuǎn)、消亡。

如圖2是代表著事件的屬性表，用etype、time、entSrc等一些變量可以表征仿真事件的特征，以此來描述仿真事件。不同事件，變量值不同，相應(yīng)的處理方法則不同。

如圖3所示為仿真事件的生命周期示意圖，方形框表示實(shí)體或cloudsim進(jìn)行了某種動(dòng)作行為，橢圓表示仿真事件當(dāng)時(shí)處于何種狀態(tài)下。在圖3中，cloudsim表示的仿真核心引擎，實(shí)體l表示發(fā)起事件的實(shí)體，對應(yīng)事件的entSrc屬性，實(shí)體2表示處理事件的實(shí)體，對應(yīng)事件的entDst屬性。如圖2所示，事件經(jīng)由某個(gè)實(shí)體發(fā)起，cloudsim組織產(chǎn)生，然后被加入到future隊(duì)列中，時(shí)間條件滿足，即從future隊(duì)列中移人到deferred隊(duì)列中，如果處理此事件的實(shí)體具備處理此事件的條件，則從deferred隊(duì)列中取出此事件，然后處理，則事件消亡，至此就是一個(gè)仿真事件的生命周期。

3實(shí)例分析

下面以仿真軟件白帶的實(shí)例l為例來闡述CloudSim3.0的仿真流程。

實(shí)例1演示創(chuàng)建包含一臺(tái)主機(jī)的一個(gè)數(shù)據(jù)中心，運(yùn)行一個(gè)云任務(wù)的仿真過程。在仿真環(huán)境初始化階段，創(chuàng)建了一個(gè)數(shù)據(jù)中心、一個(gè)數(shù)據(jù)中心代理，創(chuàng)建了一個(gè)虛擬機(jī)、一個(gè)云任務(wù)，并將此虛擬機(jī)和云任務(wù)都提交給數(shù)據(jù)中心代理。所以在實(shí)例1中，有四個(gè)實(shí)體，CloudSimShutDown、CloudSimInformationService、Datacenter0（數(shù)據(jù)中心）、Broker（數(shù)據(jù)中心代理）。仿真環(huán)境初始化完成后開始啟動(dòng)仿真。仿真運(yùn)行階段，首先啟動(dòng)四個(gè)實(shí)體，在啟動(dòng)實(shí)體Datacenter0時(shí)，產(chǎn)生了第一個(gè)仿真事件一一向CloudSimInformationService注冊，在事件驅(qū)動(dòng)機(jī)制下，處理事件的過程中，可能會(huì)產(chǎn)生新的事件，如此仿真過程就一直進(jìn)行下去。在時(shí)鐘為0.0時(shí)，云資源列表收到一個(gè)資源，并且準(zhǔn)備在數(shù)據(jù)中心創(chuàng)建一個(gè)虛擬機(jī)，在時(shí)鐘0.1時(shí)，虛擬機(jī)已經(jīng)創(chuàng)建完成，數(shù)據(jù)中心代理準(zhǔn)備將云任務(wù)發(fā)送到虛擬機(jī)，在時(shí)鐘400.1時(shí)，云任務(wù)已經(jīng)被接收，并且處理完畢，終結(jié)了虛擬機(jī)后，所有仿真事件都已處理完畢，CloudSimInformationService通知關(guān)閉各個(gè)實(shí)體，至此整個(gè)仿真過程結(jié)束。如圖4為仿真結(jié)果。

4結(jié)束語

在云計(jì)算研究如火如荼的今天，云計(jì)算仿真器無疑具有重要的研究價(jià)值。各研究者在研究分析CloudSim的同時(shí)，也可在CloudSim的基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)展，開發(fā)出適合各自應(yīng)用特點(diǎn)的功能[5]，促進(jìn)云計(jì)算仿真器軟件的成熟。

參考文獻(xiàn)

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