CN102891773A - 一种基于资源可信度评估的云计算sla管理框架 - Google Patents

Abstract

本发明设计了一种基于资源可信度评估的云计算SLA管理框架，在云计算平台的SLA管理框架之中，引入可信性评估技术，实现一种基于资源可信度评估的云计算SLA管理框架。通过本发明提出的框架及其实现方法，云计算管理平台可以动态评估云计算资源可信度，当服务请求者请求某种类型的计算资源时，云计算管理平台将可信度最高的资源分配给客户，从而使得服务提供者和服务请求者之间的SLA得到保障，进而增强客户对云计算服务提供者的信任度。

Description

一种基于资源可信度评估的云计算SLA管理框架

技术领域

本发明属于分布式计算领域，具体涉及集成多种技术，如云计算技术、服务等级协议SLA(Service-Level Agreement)管理技术、网络监控技术等，实现基于资源可信度评估的云计算SLA管理框架。

背景技术

云计算是当前计算模型的一次重要革新。云计算有效地将大规模的计算资源以可靠服务的形式提供给用户，从而将用户从复杂的底层硬件逻辑，软件栈，与网络协议解放出来。目前，主要IT企业如Google，Mierosoft，IBM，EMe，Amazon等纷纷推出其云计算解决方案。

提供有差别、可定制、有QoS(Quality of Service)保证的业务是云计算服务的典型标志之一，SLA管理是QoS管理中的一个主要方面，因此，面向云计算的SLA管理已经成为云计算网络管理领域的研究热点之一。服务等级协议SLA是关于网络服务供应商和客户间的一份合同，其中定义了服务类型、服务质量和客户付款等术语。按照SLA要求，服务供应商采用多种技术和解决方案去监控和管理网络性能及流量，以满足客户的相关需求。但是随着更多的云计算的商业应用在Internet的广泛开展，云服务提供商越来越需要SLA对性能(如可信性)作出保障。这种需要将会随着越来越多的云计算在Internet的开展而重要起来。

同时，在云计算环境里，由于虚拟化技术的使用，提供商的资源和用户的管理方式是开放的，完全分布式的。由于商业利润的驱使，云服务(资源)会存在一些欺诈行为，影响云平台上运行的应用程序。另外由于完全开放的计算环境，在没有权威的管理中心可以监管的情况下，会存在一些自私的服务提供商，提供一些不实资源信息，扰乱整个云系统的运行。同时，面向用户的多样性需求，用户申请的服务有可能需要多个云资源之间进行协作，而进行协作的前提也是云资源彼此之间具有良好的可信关系。由以上分析可以看出，可信管理作为一种有效的网络安全新技术，是实现云计算资源安全的一个核心技术。并且随着云计算的不断普及，可信问题的重要性呈现逐步上升趋势，已成为制约其发展的重要因素。

目前，云计算服务的可信性是衡量云服务水平的重要指标，受到很多企业的重视，例如，谷歌提高了自身部分云计算服务的服务等级协议(以下简称“SLA”)。国内外学术界也一致认为，云计算的SLA保障问题，可以通过服务方与被服务方之间的可信管理加以解决。因此，在云计算平台的SLA管理系统中，引入可信管理技术，深入地开展云计算平台的可信管理关键技术研究，对于云计算的大规模应用具有重要的现实意义。

发明内容

本专利提出在云计算平台的SLA管理框架之中，引入可信性评估技术，实现一种基于资源可信度评估的云计算SLA管理框架。通过本发明提出的框架及其实现方法，云计算管理平台可以动态评估云计算资源可信度，当服务请求者请求某种类型的计算资源时，云计算管理平台将可信度最高的资源分配给客户，从而使得服务提供者和服务请求者之间的SLA得到保障，进而增强客户对云计算服务提供者的信任度。

为达到上述目的，如图1所示，本发明的技术方案共分为四个层次，用户层、信任感知与SLA管理层、服务层、资源层。

本发明技术方案分为如下几个基本的执行步骤：

步骤一：云服务的提供者通过SLA语言向SLA管理器登记他们可以提供的SLA参数，这些参数是云计算平台进行资源分配的初始依据；

步骤二：当云计算的客户需要某种类型的服务时，客户通过SLA管理器和云计算服务提供者进行服务参数的协商，进而达成一份SLA协定；

步骤三：可信资源池中的资源按照可信度进行排序，SLA管理器从可信资源池中选取最可信的计算资源提供给客户；

步骤四：在云计算的服务过程中，SLA管理器对云资源的服务行为进行动态的监控，并将监控到的数据放入证据库(Evidence Base，EB)之中；

步骤五：根据证据库EB中的监控数据，对资源的可信度进行动态评估，并依据评估的结果，对可信资源池中的资源列表进行重新排序，排序的结果作为下一步资源调度的依据。

本发明有以下一些技术特征：

(1)步骤一所述的云服务的提供者通过SLA语言向SLA管理器注册他们可以提供的SLA参数，提供了一种初始可信度的分配方法，对于初次加入系统的云资源，系统暂时还没有可以利用的监控数据，因此初始资源的可信度主要依赖于资源的初次注册信息；

(2)步骤二所述的SLA协商可以通过SLA表示模板完成，SLA表示模板是用户方和服务提供方在业务级别、业务品质、优先权和责任义务等方面对某种特定业务的SLA内容进行规范化定义的表示方法。由于SLA表示模板是一个通用的模板，不依赖于具体的业务和实现技术，在SLA协商的初级阶段可以很好地发挥作用；

(3)步骤三所述的可信资源池内的计算节点是按照它们的可信度大小进行排序的。在云计算中，把任务分配给可信度最高，开销最少的计算资源将会极大地提高整体的性能。所以，在分配中需要对潜在的可分配节点进行可信度的评估。由此可见，本发明提出的云计算资源的任务调度和分配，主要是一种基于可信度评估的动态资源调度策略，该策略区别于传统的静态资源调度策略，具有更好的实时性；

(4)步骤四所述的云资源的服务动态监控过程，主要是通过分布式的软件代理技术来监测和察觉各种可信管理相关的行为上下文的变化，监测的重点是与难点是云资源的行为上下文，云资源行为是云计算应用环境中带来安全隐患的实体，通过对云资源行为的监测，可以发现云计算的潜在恶意行为，防患于未然。为了对云资源的行为进行跟踪，需要对计算任务可能使用的资源或者系统调用等进行监测。具体的监测对象包括：CPU利用率、IP传输效率、内存利用率、带宽利用率、平均吞吐量、资源共享率、作业成功执行率、误码率、IP丢包率、链接建立成功率、平均无故障时间、站点自防御能力、非法链接次数、扫描重要端口次数和尝试越权次数等。；

(5)步骤五所述的对资源的可信度进行动态评估，是整个可信管理框架的核心功能之一，在资源可信度评估与预测的过程中，本发明提出的资源可信度评估使用预处理后监控数据，这样可以大大加快整个系统的运行速度，进而提高可信度管理系统的运行效率。

附图说明

图1为基于资源可信度评估的云计算SLA管理框架图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实例对本发明做进一步详细地说明。

1.系统基本层次结构和功能模块划分

本发明的技术方案共分为四个层次，用户层、信任感知与SLA管理层、服务层、资源层。

用户层主要由各种云服务的客户组成，包括个人客户和企业客户。

信任感知与SLA管理层主要包括SLA管理器、可信资源池、可信属性监控模块、可信证据的标准化模块、可信计算模块的若干个主要功能组件。SLA管理器主要完成注册、协商和调度等主要功能。可信资源池提供按照可信度大小排列的计算节点。可信属性监控模块主要用于在云计算服务的过程中，对一些服务参数进行动态地监控。可信证据的标准化模块主要用于对初始监控数据的标准化预处理。可信计算模块调用标准化模块提供的预处理后的数据，进行资源可信度的动态计算。

服务层由各种云计算的虚拟机组成，云计算的核心就是以虚拟机作为分配计算资源的单位，云计算平台不追求大规模并行计算，而是专注于针对虚拟机计算资源的分配和管理。因此，一个用户在云计算平台上的环境是虚拟机，任何操作都不会影响其他用户的环境。

资源层由各种物理机器、软件和数据组成，包括计算机、存储器、网络设施、数据库和软件等。资源层是将大量相同类型的资源构成同构或接近同构的资源池，如计算资源池、数据资源池等。

2.SLA管理器对云计算资源的调度和分配方法

当有一个用户向云计算服务提供者提出资源需求时，云计算的SLA管理器可以采用基于可信度的云计算资源的任务调度和分配方法，具体方法如下：

(1)根据可信计算模块得到的每一个云资源的总体可信度，对可选资源进行排序；

(2)根据排序结果，选择可信度值最大的资源，并提交作业到该资源执行；

(3)等待作业结果，如果按时成功执行则进行后续工作如支付报酬、下载结果文件等，并回馈正面的评价，并根据相关算法增加资源的信任度；

(4)如果执行超时或失败，则回馈较低的评价，根据相关算法降低资源的可信度，并从排序列表中删除该资源。

3.信任感知与SLA管理层的监控模块的功能

信任感知与SLA管理层资源分配的主要依据是节点的可信度，也就是说云用户和云资源之间的协同依赖于它们各自之间建立的可信关系，而在这些云用户和云资源进行交互和协同的过程中，网络监控模块对云资源的服务行为进行监控，监控到的行为数据作为信任属性评估与预测的证据，而信任评估的结果可以作为SLA资源调度和分配的凭证。

在云服务的过程中，信任感知与SLA管理层中的监控代理需要实时、动态地对云资源的服务数据进行监控。本发明提出使用软件代理技术负责监控云资源和云用户交互过程中的常用行为参数，例如，网络带宽利用率、内存和CPU利用率和应用行为隐患(包括端口、系统调用等可能潜在的入侵行为和恶意行为)等。

4.信任感知与SLA管理层的数据预处理方法

由于行为监测数据的表示多样性，为了便于融合计算，需要把数据表示进行规范化等预处理，即把它们全部表示为在[0，1]区间沿正向递增的无量纲值，这样不仅便于数值融合计算而且也与云资源可信度的测量值的范围和方向相一致。

预处理我们采用数据规范化的方法。具体方法为将软件代理获得的监控数据按照时间进行排列，则在某个时间点n共有n组需要处理的监控数据，这n组数据中的每一组数据称为一个监控样本。这样，在时间点n，就会有待处理的n个样本X＝(x₁，x₂，…，x_n)^T每个样本的属性集合表示为x_j＝{x_j1，x_j2，…，x_jm}，可用矩阵表示为：

式中m为可信评估指标(也称为可信属性)的个数。

通过监控代理的获得的这些原始行为数据，其表现形式为在一定范围内的具体值(物理量纲值)或者百分比数据，而这些数据有些是正向递增的数据，而有些是正向递减的数据。例如平均无故障时间和扫描重要端口次数，都是一个在某一范围内的具体值，平均无故障时间是沿正向递增的，即越大越好。而扫描重要端口次数是沿正向递减的，即越小越好。

对于正向递增的数据，我们采用如下的规范化方法：

$r_{\mathrm{tk}}=\frac{x_{\mathrm{tk}}-\min \left(x_{\mathrm{tk}}\right)}{\max \left(x_{\mathrm{tk}}\right)-\min \left(x_{\mathrm{tk}}\right)}$

式中min(x_tk)和max(x_tk)分别为矩阵X中第k列的最小值和最大值。

对于正向递减的数据，我们采用如下的规范化方法：

$r_{\mathrm{tk}}=1-\frac{x_{\mathrm{tk}}-\min \left(x_{\mathrm{tk}}\right)}{\max \left(x_{\mathrm{tk}}\right)-\min \left(x_{\mathrm{tk}}\right)}$

式中min(x_tk)和max(x_tk)分别为矩阵X中第k列的最小值和最大值。

这样，规范化后的数据可以表示为R：

5.信任感知与SLA管理层对资源可信度的计算

信任感知与SLA管理层的可信计算模块主要通过调用规范化的数据对资源的可信度进行评估计算，计算的结果可以作为SLA管理层对资源动态调度和分配的依据。由可信计算模块的计算结果可知，通过规范化的处理之后，每个监控数据的值越大，该证据对云计算资源的可信度评估的贡献也越大。因此，我们采用如下方法计算资源的总体可信度：

$T_t\left(N_i\right)=\frac{\underset{k=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{r}_{\mathrm{tk}}}{m}$

式中T_t(N_i)表示资源N_i在时间戳t的总体可信度，m为可信评估指标的个数。

Claims (6)

1.一种基于资源可信度评估的云计算SLA管理框架，其特征在于，在云计算平台的SLA管理框架之中，引入可信性评估技术，实现一种基于资源可信度评估的云计算SLA管理框架。通过本发明提出的框架及其实现方法，云计算管理平台可以动态评估云计算资源可信度，当服务请求者请求某种类型的计算资源时，云计算管理平台将可信度最高的资源分配给客户，从而使得服务提供者和服务请求者之间的SLA得到保障，进而增强客户对云计算服务提供者的信任度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，实现方案共分为四个层次，用户层、信任感知与SLA管理层、服务层、资源层。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，信任感知与SLA管理层主要包括SLA管理器、可信资源池、可信属性监控模块、可信证据的标准化模块、可信计算模块的若干个主要功能组件。SLA管理器主要完成注册、协商和调度等主要功能。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当有一个用户向云计算服务提供者提出资源需求时，云计算的SLA管理器可以采用基于可信度的云计算资源的任务调度和分配方法。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，预处理我们采用数据规范化的方法，通过规范化的预处理所有的监控数据都可以转换为[0，1]范围的正向递增值，每个监控数据的值越大，该证据对云计算资源的可信度评估的贡献也越大。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在云服务的过程中，信任感知与SLA管理层中的监控代理需要实时、动态地对云资源的服务数据进行监控。本发明提出使用软件代理技术负责监控云资源和云用户交互过程中的常用行为参数，这些参数主要包括：CPU利用率、IP传输效率、内存利用率、带宽利用率、平均吞吐量、资源共享率、作业成功执行率、误码率、IP丢包率、链接建立成功率、平均无故障时间、站点自防御能力、非法链接次数、扫描重要端口次数和尝试越权次数等。

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