[發明專利]一種云平臺下多租戶的帶寬保障框架和成本優化方法

有效

• 申請號: 201811285579.5
• 申請日: 2018-10-31
• 公開（公告）號: CN109451008B
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發明（設計）人: 柴云鵬;周芳;孫殿森;王傳雯;鮑寧
• 申請（專利權）人: 中國人民大學
• 主分類號: H04L29/08
• 分類號: H04L29/08;H04L12/24
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 徐寧;孫楠

1.一種云平臺下多租戶的帶寬保障框架和成本優化方法，其特征在于包括以下步驟：

1)由預先設置的緩存框架結構中的租戶調度器tenant scheduler根據用戶歷史訪問特征，決定用戶組合方案；

2)對讀寫兩種操作分開管理用戶緩存，實現最優緩存空間分配，并基于用戶從底層存儲獲得帶寬與更新緩存的帶寬的等價關系控制用戶得到的實際帶寬，將用戶得到的帶寬上限嚴格限制在目標值以下；

3)將存儲系統的成本分為分布式存儲的成本和SSD緩存的成本，通過調整用戶緩存大小，使得用戶的緩存成本與存儲層成本總和最低，最小化系統成本；

假定SSD緩存的成本是C_SSD，最大寫入量為W_SSD，正常使用壽命為L_SSD，那么每次寫操作應該支付的成本是P₀＝C_SSD/W_SSD；正常寫速度上限Thr₀＝W_SSD/(S_SSD*L_SSD)；

3.1)當用戶的寫入量少于等于正常寫速度上限Thr₀，用戶只需要支付設備正常使用的消耗成本，這部分成本與用戶所占用的緩存大小有關；成本為：

capacity_cost_i＝Thr₀*S_i*P₀；

其中，capacity_cost_i表示設備正常使用的消耗成本；S_i表示用戶i占用的緩存空間大??；

3.2)當用戶的寫入量大于正常寫速度上限Thr₀，用戶除了支付設備正常使用的消耗成本capacity_cost_i，還應該支付過量寫造成的設備損耗成本；

3.3)根據上述兩個步驟得到SSD緩存成本ssd_cost_w；

當用戶的寫入量較大時，假設用戶帶寬是W，占用的緩存空間為S，這部分的成本應該是是每個單位時間內每個單位容量超過額定值的寫入量，乘以占據的空間S，再乘以單次寫的代價，得到用戶過量寫入帶來的成本：

式中，P(W,S)表示用戶過量寫入帶來的成本；

SSD緩存成本ssd_cost_w為：

式中，N表示用戶總數；S_i,w表示第i個用戶占用的寫(w)緩存的空間；P(BW_i,w,S_i,w)表示第i個用戶由于過量寫帶來的懲罰成本；BW_i,w表示用戶i的寫帶寬。

2.如權利要求1所述方法，其特征在于：所述步驟1)中，緩存框架結構是在云存儲之上加入一層cache緩存用戶的部分數據，并在cache層內設置有租戶調度器tenantscheduler、若干控制器throttler和若干高速設備。

3.如權利要求2所述方法，其特征在于：所述緩存框架結構中：

租戶調度器tenant scheduler用于決定將哪幾個容器放置在同一個物理節點，每個物理節點上運行若干個容器，這些容器共享若干高速設備作為緩存；

物理節點上針對每個SSD設備運行一個控制器throttler，控制器throttler根據用戶實時的訪問情況和數據熱度，獲得用戶的HRC曲線，再代入成本模型計算出最優化的緩存空間分配方案，并調整相關用戶在這塊SSD上獲得的緩存空間大小。

4.如權利要求1所述方法，其特征在于：所述步驟2)中，對于用戶讀操作：先嘗試從讀cache層中獲得數據，如果緩存命中，則直接從SSD緩存中讀取數據；如果緩存缺失，則嘗試從寫cache層或底層存儲系統獲取數據，并將數據寫入讀cache層中；如果沒有可用空間，則根據用戶指定的算法淘汰部分數據；被淘汰的數據直接丟棄不用寫回底層存儲。

5.如權利要求1或4所述方法，其特征在于：所述步驟2)中，對于用戶的寫操作：無論緩存命中或不命中，都將數據寫入到寫緩存中，如果沒有空閑的緩存空間，則根據指定算法淘汰部分緩存中的數據，寫入底層存儲。