摘 要：分析云計(jì)算仿真工具CloudSim的體系結(jié)構(gòu)、核心類庫和仿真流程，通過在擴(kuò)展后的CloudSim平臺(tái)上對(duì)云任務(wù)調(diào)度算法進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了CloudSim進(jìn)行云計(jì)算仿真實(shí)驗(yàn)的可行性。

關(guān)鍵詞：云計(jì)算 仿真工具 CloudSim

中圖分類號(hào)：TP302 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2016）01（b）-0000-00

隨著云計(jì)算技術(shù)和云服務(wù)的迅猛發(fā)展，急需尋求一種云計(jì)算環(huán)境下分布式系統(tǒng)模擬器實(shí)現(xiàn)云計(jì)算試驗(yàn)的模擬。

本文在分析云計(jì)算仿真工具CloudSim體系結(jié)構(gòu)、核心類和仿真流程的基礎(chǔ)上，對(duì)擴(kuò)展和重編譯的CloudSim進(jìn)行了云任務(wù)調(diào)度算法的測(cè)試，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行了記錄和分析，驗(yàn)證了CloudSim進(jìn)行云計(jì)算仿真實(shí)驗(yàn)的可行性[1]。

1 CloudSim簡(jiǎn)介

CloudSim是云計(jì)算技術(shù)出現(xiàn)后推出的一種通用性和可擴(kuò)展性較好的云計(jì)算仿真軟件，主要是對(duì)云環(huán)境下的資源分配以及服務(wù)調(diào)度來進(jìn)行性能的測(cè)試和優(yōu)化等研究，它的出現(xiàn)對(duì)云計(jì)算算法、方法和服務(wù)的發(fā)展都是十分有利的。CloudSim體現(xiàn)了云計(jì)算中虛擬化技術(shù)，在擴(kuò)展部分通過一系列接口來提供基于數(shù)據(jù)中心的虛擬化技術(shù)和虛擬化云的建模及仿真，同時(shí)還提供了資源的監(jiān)測(cè)以及主機(jī)到虛擬機(jī)的映射 [2]。CloudSim是一款開源軟件，可運(yùn)行在Windows系統(tǒng)和Linux系統(tǒng)上，還可以根據(jù)需要進(jìn)行擴(kuò)展，以滿足不同用戶的不同需求。

1.1 CloudSim體系結(jié)構(gòu)

CloudSim采用的是分層體系結(jié)構(gòu)，CloudSim發(fā)展到今天的版本，主要由CloudSim核心模擬引擎、CloudSim和UserCode三層組成。

（1） CloudSim核心模擬引擎

CloudSim模擬引擎包含以下一些類：CloudSim類、FutureQueueq類、DeferredQueue類、SimEvent類、SimEntity類、CloudSimTags類、CloudInformationService（CIS） 類、CloudSimShutdown類.。

（2） CloudSim

Cloudsim層提供了基于數(shù)據(jù)中心的虛擬化技術(shù)以及虛擬云的建模與仿真，Cloudsim層需要對(duì)應(yīng)用執(zhí)行的狀態(tài)進(jìn)行管理、對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)、對(duì)主機(jī)租用的情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。概括起來，Cloudsim層從低到高包括網(wǎng)絡(luò)層、云資源層、云服務(wù)層、虛擬機(jī)服務(wù)層和用戶接口結(jié)構(gòu)層這五部分。[3]

（3） UserCode

用戶代碼（UserCode）層提供了一些基本的實(shí)體，如虛擬機(jī)、主機(jī)和應(yīng)用，還提供了用戶的數(shù)量、應(yīng)用類型和調(diào)度策略等。云技術(shù)方面的應(yīng)用開發(fā)人員可以在UserCode層通過測(cè)試場(chǎng)景的設(shè)置，并根據(jù)場(chǎng)景來測(cè)試各種功能。用戶可以對(duì)該層進(jìn)行擴(kuò)展，以實(shí)現(xiàn)一些特有功能來滿足特定需求。

1.2 CloudSim類設(shè)計(jì)

云計(jì)算仿真器CloudSim是在原有版本的GridSim層上新增了一些類來體現(xiàn)云計(jì)算的特點(diǎn)的，其中最主要的9個(gè)類如下：

（1） Datecenter類，這個(gè)是數(shù)據(jù)中心類，云計(jì)算中虛擬化網(wǎng)絡(luò)資源的提供者，查詢虛擬機(jī)的相關(guān)信息，以及虛擬機(jī)對(duì)資源的分配策略等都是通過Datecenter類實(shí)現(xiàn)的。

（2） Cloudlet類，構(gòu)建云環(huán)境下的任務(wù)，對(duì)應(yīng)用服務(wù)進(jìn)行建模[3]。

（3） Host類，該類是主機(jī)類，對(duì)虛擬機(jī)的一些相關(guān)參數(shù)的分配策略進(jìn)行了擴(kuò)展，其中不包括虛擬機(jī)的處理單元，一臺(tái)主機(jī)可以與多臺(tái)虛擬機(jī)相對(duì)應(yīng)，即一對(duì)多的關(guān)系。

（4） VirtualMachine類，這個(gè)類是虛擬機(jī)類，它是在主機(jī)之上運(yùn)行的，主機(jī)的資源是供它和其余的虛擬機(jī)共享的，這里的共享資源包括時(shí)間和空間資源。每一個(gè)擁有虛擬機(jī)的用戶都可以提交任務(wù)，同時(shí)這個(gè)虛擬機(jī)的調(diào)度策略可以由VMscheduler類實(shí)現(xiàn)。[3]

（5） VMCharateristics類，主要是用來描述虛擬機(jī)的相關(guān)參數(shù)信息。

（6） VMScheduler類，這個(gè)類是用來描述虛擬機(jī)調(diào)度策略的，主要是對(duì)任務(wù)的執(zhí)行情況進(jìn)行管理，同時(shí)任務(wù)之間的接口也是依靠VMScheduler類實(shí)現(xiàn)的。

（7） VMProvisioner類，這個(gè)類主要是用來實(shí)現(xiàn)主機(jī)和虛擬機(jī)相互之間的映射關(guān)系。

（8） VMMAllocationPolicy類，這個(gè)類是虛擬機(jī)監(jiān)視器策略類，主要是用來刻畫同一個(gè)主機(jī)上的多臺(tái)虛擬機(jī)之間用來共享資源所采用的策略。

（9） DatecenterBroker類，該層的主要任務(wù)是實(shí)現(xiàn)虛擬機(jī)管理的隱藏，包括虛擬機(jī)的創(chuàng)建、任務(wù)的提交和虛擬機(jī)銷毀等工作[4]。

2 CloudSim環(huán)境配置和仿真流程

Cloudsim環(huán)境配置分為三步：DK安裝和配置、CloudSim安裝和配置、CloudSim項(xiàng)目導(dǎo)入。

在CloudSim上進(jìn)行算法仿真的流程是：（1）創(chuàng)建一個(gè)數(shù)據(jù)中心，包括數(shù)據(jù)中心的CPU、內(nèi)存和帶寬等一些相關(guān)資源；（2）向CIS注冊(cè)，這是通過發(fā)送注冊(cè)消息到云信息服務(wù)-CIS來實(shí)現(xiàn)的。CloudSim的仿真過程可以概括如下：

3 CloudSim仿真實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析

3.1 仿真實(shí)驗(yàn)的實(shí)現(xiàn)

本文對(duì)云計(jì)算仿真工具CloudSim進(jìn)行擴(kuò)展，即對(duì)CloudSim平臺(tái)的DatacenterBroker類擴(kuò)展，寫一個(gè)新方法bindCloudletToVM（）用于實(shí)現(xiàn)自己所需算法，然后在擴(kuò)展后的平臺(tái)上進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)和相關(guān)性能的測(cè)試。

本文創(chuàng)建一組8個(gè)任務(wù)和存在性能差異及偏好的4個(gè)虛擬機(jī)，其他條件不變的情況下通過改變?nèi)蝿?wù)參數(shù)和虛擬機(jī)參數(shù)對(duì)云計(jì)算中Min-Min調(diào)度算法、遺傳調(diào)度算法（GA）和改進(jìn)遺傳調(diào)度算法（IGOA）進(jìn)行模擬，共運(yùn)行10次，并記錄數(shù)據(jù)，同時(shí)對(duì)算法執(zhí)行時(shí)間進(jìn)行對(duì)比。

3.2 結(jié)果分析

根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)方法對(duì)任務(wù)調(diào)度算法進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄。通過對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，驗(yàn)證了CloudSim進(jìn)行云計(jì)算相關(guān)實(shí)驗(yàn)的可行性。

4 結(jié)論

本文在分析云計(jì)算仿真工具CloudSim的體系機(jī)構(gòu)、技術(shù)實(shí)現(xiàn)和仿真流程等的基礎(chǔ)上，通過云計(jì)算中任務(wù)調(diào)度算法的仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了CloudSim的效率在一定程度上是比較優(yōu)異的。

參考文獻(xiàn)

[1] 王霞俊，CloudSim云計(jì)算仿真工具研究及應(yīng)用[J].微型電腦應(yīng)用，2013，29（8）：59-61.

[2] 樊雪梅.關(guān)于云服務(wù)技術(shù)發(fā)展的研究與綜述[N].中國新聞技術(shù)工作者聯(lián)合會(huì)2011年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集.

[3] 何婧媛.云服務(wù)中任務(wù)調(diào)度和結(jié)果回收策略研究[D].西安工業(yè)大學(xué)，2013，3.

[4] 趙春艷.云環(huán)境下作業(yè)調(diào)度算法研究與實(shí)現(xiàn)[D].北京交通大學(xué)，2009，6.