基於相空間熱力學的雲計算系統監控分析方法
2023-05-08 18:24:31 1
專利名稱：基於相空間熱力學的雲計算系統監控分析方法
技術領域：
本發明涉及一種雲計算系統監控分析方法，尤其涉及一種基於相空間熱力學的雲計算系統監控分析方法。
背景技術：
雲計算技術被提出來後立即引起了全世界科技界的高度關注，並被認為是信息產業技術的一次重大變革。雲計算需要將上萬臺甚至上百萬臺伺服器整合為一個彈性化的資源池向應用層提供服務，在雲計算中，每一個計算設備稱為計算節點，目前一般採用伺服器作為計算節點。傳統的雲計算系統監控分析方法一般採用的都是對每個伺服器的運行狀況 逐一進行收集並分析，這種方法在伺服器數量巨大而且伺服器之間關聯性很高的雲計算系統中顯得有些力不從心。在雲計算海量集群的環境下，傳統針對單機的監控方法面臨以下問題I、傳統監控方法都是基於傳統硬體監控模型，並沒有基礎的理論模型支撐，無法對其進行深入研究；2、傳統監控方法只是針對單個或少量節點前提下的監控方法，無法對雲計算環境下的海量節點的集群整體進行從微觀到宏觀整體性的監控；3、傳統監控技術無法迅速對具有海量節點數目集群的整體狀態進行迅速高效的判斷，從而不能對集群整體整體的負載情況以及集群調度策略是否得當進行有效判定。相空間是數學與物理學概念，是一個用以表示出一系統所有可能狀態的空間；系統每個可能的狀態都有一相對應的相空間的點。相空間是一個多維假想空間，分為多個相格(也可稱為網格)，雖然相格的形狀可能十分任意，但實際應用時將其定義為方形。熱力學系統是由大量的高速運動的分子所構成，理論上採用牛頓力學能對每個分子的運動進行完全的追蹤，但這一方法在實際上卻完全行不通，實際不可能通過追蹤每個分子的運動來獲得系統的整體特性，這一點和雲計算系統特別相似，當雲計算伺服器數量大到一定程度後我們對系統宏觀特性的分析就不能採用普通的分析和統計方法了。傳統的信息系統由於伺服器數量較少，即使有規模上萬的數據中心但伺服器之間關聯性小，從宏觀到微觀的對應關係還不能採用熱力學的方法，而雲計算系統伺服器數量很大而且伺服器之間的工作受相應的調度策略、系統控制流、數據流所關聯影響，伺服器之間存在相互作用的機制，所以呈現出與熱力學系統相似的動力學特性。這正是本發明考慮問題的出發點，但將相空間熱力學的分析方法應用到雲計算系統監控分析中並不是簡單的套用就能實現的，還有很多具體的細節需要完善，這正是本發明的創造性所在。
發明內容
本發明的目的就在於為了解決上述問題而提供一種基於相空間熱力學的雲計算系統監控分析方法。為了達到上述目的，本發明採用了以下技術方案
本發明包括以下步驟(I)將雲計算系統中的每個計算節點的實時狀態信息映射到相空間內，得到基於相空間的雲計算系統的計算節點狀態分布圖；(2)將雲計算系統中的所有計算節點的整體狀態信息映射到相空間內，得到基於相空間的雲計算系統的整體狀態分布圖；(3)採用相空間熱力學的分析方法對雲計算系統進行監控分析。通過將雲計算系統中的每個計算節點的實時狀態信息以及所有計算節點的整體狀態信息映射到相空間內，從而獲得基於相空間的雲計算系統的計算節點狀態及整體狀態分布圖，這種方法徹底顛覆了傳統單機監控方法中不同伺服器之間相互獨立的特性，使雲計算系統中的整體監控分析成為可能；由於相空間熱力學中的分子運動與雲計算系統中的節點參數變化具有類似特性，所以採用相空間熱力學的分析方法對雲計算系統進行監控分析能夠非常精確、非常快速地獲得結論，從而為迅速高效地判斷集群整體的狀態打下堅實的基礎。具體地，所述步驟(I)中，所述映射的關係為雲計算系統中的單個計算節點的狀態與熱力學系統中的分子運動之間的微觀映射關係；所述步驟(2)中，所述映射的關係為雲計算系統的整體狀態與熱力學系統中的整體運動之間的宏觀映射關係。具體地，所述步驟(I)中，首先對所述雲計算系統中的計算節點進行信息採集，然後將採集到的信息對應置於相空間的坐標體系中，得到基於相空間的雲計算系統計算節點狀態分布圖。上述過程可以用軟體快速完成。作為優選，所述信息採集中，所述信息包括所述雲計算系統中的計算節點的CPU佔用率和內存佔用率；所述相空間的坐標體系中，包括與CPU佔用率對應的X軸和與內存佔用率對應的y軸。計算節點的信息包括很多，但實際應用中以CPU佔用率和內存佔用率為主。在雲計算系統監控分析過程中，根據實際需要可以選擇一種或多種類似於熱力學系統中的參數分析，這些參數包括但不限於廣義溫度、廣義絕對溫度、廣義絕對零度、廣義熵、廣義歸一化熵、相空間投影點重心位置。下述內容為針對上述參數的最佳定義分析方法針對所述廣義溫度所述相空間的坐標體系由與計算節點的CPU佔用率對應的X軸和與計算節點的內存佔用率對應的y軸構成，所述步驟(3)中，所述監控分析包括廣義溫度的定義分析，所述廣義溫度的計算公式為
權利要求
1.一種基於相空間熱力學的雲計算系統監控分析方法，其特徵在於包括以下步驟(I)將雲計算系統中的每個計算節點的實時狀態信息映射到相空間內，得到基於相空間的雲計算系統的計算節點狀態分布圖；(2)將雲計算系統中的所有計算節點的整體狀態信息映射到相空間內，得到基於相空間的雲計算系統的整體狀態分布圖；(3)採用相空間熱カ學的分析方法對雲計算系統進行監控分析。
2.根據權利要求I所述的基於相空間熱力學的雲計算系統監控分析方法，其特徵在幹所述步驟(I)中，所述映射的關係為雲計算系統中的單個計算節點的狀態與熱力學系統中的分子運動之間的微觀映射關係；所述步驟(2)中，所述映射的關係為雲計算系統的整體狀態與熱力學系統中的整體運動之間的宏觀映射關係。
3.根據權利要求I所述的基於相空間熱力學的雲計算系統監 控分析方法，其特徵在幹所述步驟(I)中，首先對所述雲計算系統中的計算節點進行信息採集，然後將採集到的信息對應置於相空間的坐標體系中，得到基於相空間的雲計算系統計算節點狀態分布圖。
4.根據權利要求3所述的基於相空間熱力學的雲計算系統監控分析方法，其特徵在於所述信息採集中，所述信息包括所述雲計算系統中的計算節點的CPU佔用率和內存佔用率；所述相空間的坐標體系中，包括與CPU佔用率對應的X軸和與內存佔用率對應的y軸。
5.根據權利要求I所述的基於相空間熱力學的雲計算系統監控分析方法，其特徵在於所述相空間的坐標體系由與計算節點的CPU佔用率對應的X軸和與計算節點的內存佔用率對應的y軸構成，所述步驟(3)中，所述監控分析包括廣義溫度的定義分析，所述廣義溫度的計算公式為 式I中，Tt為雲計算系統在t時刻的廣義溫度，其取值範圍是[O，I]，Vt為雲計算系統在t時刻的速度，Vfflax為雲計算系統的最大速度，其值為; Vt的計算公式為 ' =ポ+iyt+i~yt)2 (式11) 式II中，Xt+1為計算節點在t+1時刻的X軸坐標，Xt為計算節點在t時刻的X軸坐標，yt+i為計算節點在t+1時刻的y軸坐標，yt為計算節點在t時刻的y軸坐標。
6.根據權利要求I所述的基於相空間熱力學的雲計算系統監控分析方法，其特徵在於所述相空間的坐標體系由與計算節點的CPU佔用率對應的X軸和與計算節點的內存佔用率對應的y軸構成，設任ー時刻外部對雲計算系統只有兩個負載請求輸入參數Bi和h，一秒鐘內有I次負載請求，所述步驟(3)中，所述監控分析包括廣義絕對溫度T的定義分析，所述廣義絕對溫度T的計算公式為
7.根據權利要求I所述的基於相空間熱力學的雲計算系統監控分析方法，其特徵在幹所述步驟(3)中，所述監控分析包括廣義熵和廣義歸ー化熵的定義分析，所述廣義熵的計算公式為 S = kin Q(式 IV) 式IV中，S為廣義熵，k為玻爾茲曼常數，Q為微觀狀態數； 所述廣義歸ー化熵的計算公式為
8.根據權利要求7所述的基於相空間熱力學的雲計算系統監控分析方法，其特徵在於所述廣義歸ー化熵的近似計算方法如下假設雲計算系統需要監控分析的計算節點數為m，將相空間劃分為ー個nXn的網格，m個計算節點的當前工作參數映射到相空間並落入nXn的網格中,在平衡態時個計算節點會以隨機的方式落入到nXn個網格中，m個計算節點的參數落入nXn個網格的微觀狀態數Q2= (nXn)m； 而在非平衡態時，m個計算節點會落入到I個網格中,這時I < I < nXn, m個計算節點的參數落入I個網格內，其微觀狀態數A = Im，此時，所述廣義歸ー化熵的計算公式為T, XnlmIn/
9.根據權利要求I所述的基於相空間熱力學的雲計算系統監控分析方法，其特徵在於所述相空間的坐標體系由與計算節點的CPU佔用率對應的X軸和與計算節點的內存佔用率對應的y軸構成，所述相空間劃分為nXn網格，所述步驟(3)中，所述監控分析包括相空間投影點重心位置的定義分析，所述相空間投影點重心位置G(Xt^ytl)的計算公式為
10.根據權利要求1-6和8、9中任何一項權利要求所述的基於相空間熱力學的雲計算系統監控分析方法，其特徵在幹所述計算節點為雲計算伺服器。
全文摘要
本發明公開了一種基於相空間熱力學的雲計算系統監控分析方法，包括以下步驟(1)將雲計算系統中的每個計算節點的實時狀態信息映射到相空間內，得到基於相空間的雲計算系統的計算節點狀態分布圖；(2)將雲計算系統中的所有計算節點的整體狀態信息映射到相空間內，得到基於相空間的雲計算系統的整體狀態分布圖；(3)採用相空間熱力學的分析方法對雲計算系統進行監控分析。本發明將已經很成熟並有深入的理論支撐的相空間熱力學的分析方法應用於雲計算分析，能夠實現對雲計算環境下的海量節點的集群整體進行從微觀到宏觀的監控，直接對集群整體的狀態進行迅速高效的判斷，從而對集群整體的負載情況以及集群調度策略是否得當進行有效判定。
文檔編號G06F11/30GK102650965SQ201210094548
公開日2012年8月29日 申請日期2012年4月1日 優先權日2012年4月1日
發明者曹珂, 王鵬, 黃華峰 申請人:成都靜水飛雲科技有限責任公司