Математическое моделирование процессов миграции группы непрерывно работающих серверов

• Автор: Миркин, Андрей Леонидович
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 105 с. : ил.

Оглавление
Введение.

1. Актуальность темы

2. Цель работы, задачи исследования.

3. Научная новизна

4. Практическая значимость

5. Краткое содержание работы

Глава 1. Обзор существующих систем.

1.1. Системы сохранения и восстановления.

1.1.1. СНРОХ.

1.1.2. ЕРСКРТ

1.1.3. i i
1.1.4. СКАК
1.1.5. .
1.1.6.
1.2. Системы виртуализации V и X
1.3. Система виртуализации V
1.4. Требования к системе сохранения и восстановления
1.5. Системы балансировки нагрузки.
1.5.1. i
1.5.2. i i
1.5.3. Распределение нагрузки на приложения
1.5.4. Технология адаптивного распределения нагрузки
1.6. Системы кластеризации.
1.6.1. I i.
1.6.2.
Глава 2. Сохранение и восстановление состояния процессов.
2.1. Математическая модель.
2.2. Алгоритм сохранения процессов.
2.3. Алгоритм восстановления процессов.
2.4. Оценка времени работы алгоритма.
2.5. Программная реализация алгоритма
2.6. Методика проведения экспериментов.
2.7. Результаты
Глава 3. Миграция контейнеров
3.1. Математическая модель.
3.2. Миграция контейнеров с остановкой.
3.3. Миграция контейнеров в режиме непрерывного обслуживания
3.4. Оптимизация синхронизации файловой системы
3.5. Миграция с использованием сетевого файла подкачки.
3.6. Итеративная миграция
3.7. Программная реализация алгоритмов.
3.8. Методика проведения экспериментов.
3.9. Результаты
Глава 4. Балансировка нагрузки.
4.1. Математическая модель.
4.2. Алгоритм и критерий балансировки
Заключение.
Список иллюстраций.
Список таблиц
Список использованных источников


Виртуализация на уровне операционной системы - это расширение функциональности ядра ОС, которое дает возможность запускать несколько изолированных друг от друга групп процессов, известных как виртуальные серверы или контейнеры, не требуя при этом загрузки еще одного ядра. Подобная изоляция дает возможность сохранять полное состояние контейнера, чтобы в дальнейшем его можно было восстановить в такое же состояние. Существующие в настоящее время алгоритмы миграции контейнеров имеют недостаток: они требуют остановки контейнера (завершения работы всех процессов) во время переноса этого контейнера с одного компьютера на другой, что приводит к перерыву в обслуживании конечных потребителей. Используя существующие системы миграции виртуальных серверов, администратор может осуществлять перенос контейнеров, но эта процедура должна быт ь запланирована заранее, чтобы иметь возможность остановить контейнеры без потери данных. Мшрация группы процессов с одного компьютера на другой открывает возможность балансировки нагрузки между несколькими компьютерами при помощи переноса выполняющихся приложений. Система балансировки на1рузки позволяет использовать ресурсы всех компьютеров, находящихся в кластере, более эффективно (без прос тоя вычислительных мощностей). Таким образом, актуальность темы исследования обусловлена тем. Целыо данного исследования является разработка математической модели и алгоритма сохранения и восстановления состояния группы процессов и исследование свойств модели при ее конкретизации для операционной системы Ьших с использованием функциональности проекта ОрепУ7. Также целыо исследования является разработка математической модели и алгоритма балансировки нагрузки, основанного на моделях и алгоритмах миграции без перерыва в обслуживании конечных пользователей, между объединенными в кластер компьютерами. В данной работе ставится также задача исследования зависимости скорости миграции от различных внешних параметров, таких как загруженность сетевого канала, загруженность компьютеров и их характеристик. В работе предложены математические модели и алгоритмы миграции группы процессов без прерывания обслуживания конечных пользователей, представляющие собой развитие нескольких ранее опубликованных подходов и ряд оригинальных решений. Предложена новая математическая модель процесса сохранения и восстановления группы исполняющихся приложений, основанная на системе уравнений, зависящих от количества процессов и характеристик компьютера, а также учитывающих функцию распределения страниц между оперативной памятью и файлом подкачки. Данная модель позволяет оценивать время, необходимое для различных стадий процедур сохранения и восстановления группы процессов. Существующие в настоящее время системы не производят оценку времени, которое потребуется для завершения процедуры сохранения или восстановления группы процессов. Предложены три модели миграции группы процессов, использующие разный порядок передачи данных и учитывающие загруженность вычислительного узла, сетевую пропускную способность и загруженность сетевого канала. Системы уравнений, на которых построены данные модели, позволяют получить верхние и нижние оценки для времени миграции. С использованием предложенных моделей разработаны новые алгоритмы, позволяющие осуществлять миграцию без прерывания обслуживания конечных пользователей. Предлагаемые алгоритмы отличаются от широко используемых в настоящее время процедур миграции тем, что существующие алгоритмы требуют остановки процессов, делая процесс миграции ощутимым для пользователей, в то время как предлагаемые алгоритмы осуществляют перенос незаметно для конечного потребителя сервисов. Предложенная математическая модель распределения нагрузки между несколькими компьютерами использует систему миграции без прерывания обслуживания для переноса нужных групп процессов между компьютерами, гарантируя непрерывную работу сервисов. Математические модели и алгоритмы сохранения и восстановления состояния ipymi процессов и различных ресурсов предлагались в нескольких проектах: СНРОХ (Checkpointing for Linux), ЕРСКРТ (Eduardo Pinhciro checkpointing project), TCPCP (TCP connection passing), CRAK (Checkpointing/restart as a kernel module), ZAP, BLCR (Berkeley lab checkpointing/restart).