云计算平台仿真机制研究

　　摘 要：本文分析了CloudSim的工作原理和仿真机制，重点介绍了CloudSim的层次模型，包括用户代码层、云资源层、云服务层、网络层、虚拟机服务层及用户接口层，从而有助于掌握CloudSim下云计算仿真的扩展问题。 

　　关键词：云计算；CloudSim；仿真 

　　中图分类号：TP3 

　　作为下一代计算模式，云计算被视为网格的商业化实现[1]。构建真实云环境是个系统工程，中国核心期刊遴选数据库利用仿真进行云计算技术的研究是可行的方法。目前，比较典型的仿真平台有CloudSim[2]和SimCloud[3]。CloudSim的目标是对不同应用和服务模型的调度和分配策略的性能进行量化，达到控制使用云资源的目的。SimCloud将众多工程数值仿真应用软件、服务器等资源进行整合，并植入灵活多样的动态资源配置策略。鉴于CloudSim的开源性，本文旨在剖析CloudSim的层次体系结构及实现机制。 

　　1 CloudSim层次体系 

　　图1显示了CloudSim平台的多层次模型以及各层次的结构组件。 

　　图1 CloudSim的层次体系 

　　1.1 用户代码层 

　　该层提供了基本实体（主机、虚拟机、应用类型及调度策略）。通过扩展该层实体，可以执行：（1）生成负载分配和应用配置请求；（2）对云可用场景建模，根据自定义配置执行鲁棒性测试；（3）为云实现自定义应用调度技术。 

　　1.2 云资源层 

　　该层对云底层物理资源建模。云环境的基础设施主要通过扩展数据中心进行模拟，数据中心管理主机，主机即实际物理机，分配了处理能力、存储和处理核的调度策略。主机根据云服务提供商的虚拟机分配策略调度到虚拟机上。同时，主机组件已实现了单核和多核的接口支持。实体即实例化组件，一个CloudSim组件可以是一个类或CloudSim模型的类集。 

　　1.3 云服务层 

　　云计算用虚拟层对应用服务进行执行、管理和部署主机环境。每个VM可用的硬件资源被主机总处理能力和主机可用带宽限制。VM调度必须考虑：避免创建的VM对处理能力的需求超过主机能力。CloudSim支持两种VM调度：主机层和VM层。在主机层，指定每个处理器可以分配给VM的处理能力；在VM层，VM为其运行的独立应用服务分配一个固定的可用处理能力。在这种情况下，可以将任务单元作为租住在VM上的应用服务的一个抽象体。 

　　两个层次的VM调度均实现了时间共享和空间共享调度策略。如图2所示，拥有2个CPU内核的主机需要运行2个VM，每个VM请求两个CPU内核并计划完成4个任务单元。任务T1，T2，T3，T4租用VM1，任务T5，T6，T7，T8租用VM2。 

　　图2 主机层和虚拟机层上不同调度策略对执行任务单元的影响 

　　图2（a）表示VM主机层和任务单元均采用空间共享策略的调度场景。由于每个VM请求两个CPU内核，在空间共享中，给定时间段内只有一个VM运行，VM2只有在VM1执行完所有任务后才能分配CPU。同样，对VM1而言，由于一个任务单元只需要一个CPU内核，因此同时可以运行两个任务单元T1和T2，任务单元T3和T4等候。该策略下，VM完成任务集T的完成时间是：FinishTime（T）=StartTime（T）+MI（T）/Capacity×Cores（T） 

　　其中，StartTime（T）是任务集的开始时间，MI（T）是任务集的总指令数。N个内核的主机总容量为：Capacity=ΣNi=1Cap（i）/N 

　　其中Cap（i）是单个CPU内核的处理能力。 

　　图2（b）表示VM采用空间共享策略，而任务单元采用时间共享策略的调度场景。因此，所有任务单元以动态转换方式同时调度。VM完成任务集T的完成时间是：FinishTime（T）=NowTime（T）+MI（T）/Capacity×Cores（T）