[發明專利]一種基于貝葉斯網絡遷移的虛擬機服務質量動態預測方法

有效

• 申請號: 202110286598.5
• 申請日: 2021-03-17
• 公開（公告）號: CN112882917B
• 公開（公告）日: 2023-05-12
• 發明（設計）人: 郝佳;甘健侯;周菊香;王俊
• 申請（專利權）人: 云南師范大學
• 主分類號: G06F11/34
• 分類號: G06F11/34;H04L41/147;G06F9/455;G06F11/30;H04L43/55;G06N7/01
• 代理公司: 昆明人從眾知識產權代理有限公司 53204
• 代理人: 王娟

本發明涉及一種基于貝葉斯網絡遷移的虛擬機服務質量動態預測方法，屬于服務質量預測技術領域。本發明首先獲取動態改變的虛擬機QoS數據集，并基于前向采樣法獲取一組輔助遷移數據集。隨后，利用當前貝葉斯網絡預測上述兩個數據集中各實例的QoS，并根據預測結果對各實例權重進行更新，從而得到兩個帶權數據集。然后，基于帶權數據集和當前貝葉斯網絡結構，計算貝葉斯網絡的參數值，并根據參數值來評估動態改變的虛擬機QoS數據是否與當前貝葉斯網絡的結構擬合。若是，則僅需根據貝葉斯網絡的參數值來對網絡進行更新；否則，則通過爬山法來更新貝葉斯網的結構，并計算其相應參數值。最后，根據遷移后的貝葉斯網絡來實現虛擬機服務質量的動態預測。

技術領域

本發明涉及一種基于貝葉斯網絡遷移的虛擬機服務質量動態預測方法，屬于服務質量(QoS)預測技術領域。

背景技術

基礎設施即服務(Infrastructure?as?a?Service,IaaS)是云計算的三種服務模式之一。依托于虛擬化技術，IaaS的服務提供商將用戶所需的計算、存儲、網絡及其他形式的基礎設施打包成資源套件，并以虛擬機(Virtual?Machine,VM)的形式提供給用戶，用戶在其上部署自己的操作系統以及各種形式的應用，并按需付費。在VM的提供過程中，服務提供商與用戶之間簽訂服務等級協議(Service?Level?Agreement,SLA)，以保證包括價格、響應時間、網絡吞吐率、可用性、可靠性以及容錯性在內的服務質量(Quality?of?Service,QoS)指標被滿足。SLA協議可以看作是服務提供商與用戶之間的一種約束，任何違反這種協議的行為都會給前者帶來經濟、或是名譽上的損失。因此，為了避免SLA違規行為的發生，服務提供商通常要能夠準確預測出虛擬機的QoS，并且根據預測結果，提前為用戶替換可能會違反SLA的服務。

實際應用中，虛擬機的QoS主要受以下4類底層環境特征的影響，即：軟件特征、硬件特征、配置特征以及運行時環境特征。采用合理方式來準確分析這些特征之間存在的依賴關系，并量化它們對QoS的影響，是實現準確預測QoS的前提。然而，上述4類底層環境特征是會隨著時間推移而發生改變的，主要體現在以下幾個方面。

1、在公有云環境中，不同時刻的虛擬機上所部屬的應用所需要的虛擬CPU核數，內存、硬盤大小，以及網絡帶寬等硬件特征是動態變化的；而由于用戶的活躍程度不同，需要處理的事件類型不同，可能導致虛擬機的配置特征也會發生改變。

2、服務中心為了節約能耗，可能會在多臺物理主機之間進行虛擬機資源的整合，這種情況下，原來運行在物理CPU型號為AMD上的虛擬機可能會被遷移到CPU型號為Intel的主機上。這種情況會導致包括CPU型號、主頻、末級緩存(Last?Level?Cache,LLC)的容量和緩存方式等運行時環境特征發生改變。

3、虛擬機上所部屬應用的類型可能會發生改變。例如，應用類型由原有的計算密集型轉變為I/O密集型。這使得多臺虛擬機之間對資源的競爭由原先對CPU時間片的搶占，轉變為對磁盤I/O帶寬的競爭。這種情況可能會使得VM能夠滿足CPU響應時間這一QoS指標，但卻違反I/O吞吐率這一QoS指標的限制。

上述情況說明了，在云服務提供的過程中，由于虛擬機上運行負載的動態性、不同時刻資源需求的不確定性、環境動態改變等因素，使得虛擬機相關特征及其對應的QoS值隨時間改變呈動態變化，因此若采用靜態的模型來建立虛擬機特征和QoS之間的關系，則當上述特征發生變化時，基于該模型的QoS預測結果會與實際不符。

現有技術中，預測虛擬機QoS的方法主要從兩個層面出發，即應用層面和系統層面。從應用層面來看，主要是通過獲取虛擬機的軟、硬件特征，以及配置特征數據，并根據不同類型的Benchmark在這些虛擬機上運行時的各個QoS指標，來建立恰當的統計學習，或是機器學習模型，最后根據這些模型來預測虛擬機對應的QoS值。