云计算服务的性能监控与延迟分析

沙特国王大学学报通过估计请求M.M. Khalila，A.D.Khomonenkob，医学博士马图什科湾a迪亚拉大学，Dep. Diyala，伊拉克b俄罗斯圣彼得堡亚历山大一世皇帝圣彼得堡国立交通大学计算和信息系统主任阿提奇莱因福奥文章历史记录：收到2020年2021年1月24日修订2021年2月2日接受在线预订2021年保留字：云计算监控MS AzureAWS负载均衡理论A B S T R A C T利用云计算服务来提高交付给最终用户的IT服务的灵活性和可扩展性变得越来越重要。然而，使用云计算服务的组织面临着许多挑战：对交付给最终用户的服务性能的可见性降低。使用云计算服务的组织不仅需要了解已迁移到云的应用程序的性能，还需要了解这些应用程序所依赖的不同计算资源。监控系统监控虚拟机的运行状态、响应时间和吞吐量。通过分析这些数据，您可以确定服务延迟的原因。在监控系统运行期间，虚拟机被暂停，为了避免这种延迟，会发生服务延迟。因此，在本文中，提出了一个云计算模型，考虑到花费的时间进行监测，计算和延迟和等待时间的概率，阻塞概率也考虑到，结果显示在图表中，并讨论了影响。版权所有©2021作者。由爱思唯尔公司出版代表沙特国王大学这是一个开放的访问CC BY-NC-ND许可证下的文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。1. 介绍在过去的十年中，云计算和云系统的计算，特别是成为组织大量数据工作 现代云平台和服务提供了云系统的许多选项（Kiryakova等人， 2015年）。从私有基础设施的组织到开放的公共云环境，还具有扩展高性能跨平台应用程序的能力，以及从世界任何地点访问的可能性云监控是审查、监控和管理基于云的IT资产或基础架构内的操作工作流和流程的过程云监控主要是云安全和管理流程的一部分，通常通过自动化监控软件实现，该软件提供集中的*通讯作者。电 子 邮 件 地 址 ： purecomp.maad.uodiyala.edu.iq （ M.M.Khalil ） ，khomon@mail.ru（A.D. 霍莫年科）。沙特国王大学负责同行审查制作和主办：Elsevier对云基础设施的访问和控制（Buyya等人，2009年）。云管理员可以查看任何基于云的设备或组件的运行状态和运行状况。云监控数据还有助于在模块化级别上评估整个基础设施的性能。诸如服务器响应率和响应率报告之类的属性可以帮助评估客户/用户体验。云计算市场由提供云服务的公司组成，但Amazon Web Services和Microsoft Azure服务是最受欢迎的，这是由使用的几个优点和缺点造成的云计算大公司能够为开发人员提供更广泛的工具，因此选择AWS云和MS Azure系统进行进一步研究。2. 什么是监测？云监控可以被描述为评估、管理和审查云基础设施内的操作和任务的工作流和过程的过程。通常，实施的监控软件自动提供对云基础设施的中央访问和控制，管理员可以在其中查看云服务器和组件的操作状态和健康状况。这个过程可以更容易地识别模式并发现基础设施中的潜在安全风险（Kevin，2018）。https://doi.org/10.1016/j.jksuci.2021.02.0011319-1578/©2021作者。由爱思唯尔公司出版代表沙特国王大学这是一篇基于CC BY-NC-ND许可证的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。可在ScienceDirect上获得目录列表沙特国王大学学报杂志首页：www.sciencedirect.comM.M. Khalil，A.D.Khomonenko和医学博士马图什科沙特国王大学学报39693. 类型的监测云监控主要包括以下功能：网站监控：跟踪云托管网站的流程、流量、可用性和资源利用率。虚拟机监控：监控虚拟化基础架构和各个虚拟机。数据库监控：监控云数据库资源的进程、查询、虚拟网络监控：监控虚拟网络资源、设备、连接和性能。云存储监控：监控存储资源及其提供给虚拟机、服务、数据库和应用程序的过程。4. 在AWS和MS Azure等常见云系统中进行监控Amazon Web Services 为 组 织 提 供 了 120 多 种 云 服 务（Mathew，2020），这是基于最新技术的最大的云计算服务套件借助AWS全球覆盖，客户可以在全球范围内使用其应用程序，同时保持所需的安全性和性能水平最重要的服务是Amazon ElasticCompute Cloud（Amazon EC2），这是一项基于Web的服务，可为用户提供对计算资源的完全控制以及可访问的工作环境Amazon EC2服务提供了多种示例类型的计算系统，旨在执行各种任务。示例类型具有不同的组件变体，如CPU、内存、存储和网络功能，允许您为应用程序选择一组后续资源。每种示例类型都有几个可伸缩的变体，这允许您根据目标工作负载的要求来伸缩资源。对于监控，AWS 提 供 了 一 项 名 为 AmazonCloud-Watch （ AmazonCloudWatch，2020）的服务，该服务实时监控在AWS上运行的资源和应用程序。它允许您查看和跟踪Amazon EC2实例和其他AWS资源（如Amazon EBS卷和Amazon RDS DB实例）上的指标。您还可以使用它来设置警报、存储日志文件、查看图表和统计数据，以及监控或响应AWS资源更改。MS Azure是微软的云服务平台，提供不同领域的服务，如计算，存储，数据库，网络，开发人员工具和其他功能，帮助组织扩展和发展业务（Chakraborty和Karthikeyan）。要监视这些功能，建议组织安装Azure电源包，此包可帮助监视性能指标并收集有关应用程序网关、应用程序服务、负载平衡器、托管存储磁盘等的数据。Microsoft CloudMonitoring（MCM）通过监视应用程序、分析日志文件和识别安全威胁，为您提供跨工作负载的即时洞察。其内置的云监控工具易于设置。它们提供应用程序、基础架构和工作负载的利用率、性能和运行状况的完整视图。类似于亚马逊云手表，你5. 背景和相关工作大量的论文从不同的方面讨论、探索和提出了云监测的调查。一项研究（Zhao和Figueiredo，2007）表明，虚拟机迁移、复制和保存当前状态会影响云中数据传输的性能更多-此外，由于多模态、动态性质、巨大的体积、多个来源和不可预测的质量，源自移动设备的不同类型的数据对从异构源收集的多模型数据流进行连续监控需要监控工具能够应对大数据洪水的管理。社交媒体和移动设备的稳步增长导致了出站流量来源的增加，引发了“数据海啸现象”。这对云计算提出了重大挑战。在（PearAnalytics，2010; Effective Disaster Response;Twitter and Natural Disasters）中，研究表明，随着越来越多的人加入云端托管的社交媒体网站，数据分析变得更加困难，几乎不可能进行分析。需要云监视来进行连续测量，以在性能、可靠性、功率使用、满足SLA的能力、安全性等方面评估云平台上的资源或应用（Kutare等人，（ 2010年）其他研究涵盖了效率领域，如（Khomonenko等人，2017年a，2017年b）和云计算的负载平衡（哈利勒例如，2019），其中使用数学方法来测量云系统中的等待时间和请求分布。6. 使用监控系统访问云基础架构的模型该系统包括最终缓冲卷r的虚拟机和监视系统。请求的进入流是强度为k的泊松，提供云服务的时间在平均值为1/l的指数律下分布。请求将按照FCFS（先到先得）进行处理。访问云基础设施的模型方案如图所示。1.一、监控系统负责监控繁忙虚拟机的数量，同时对虚拟机的缓冲区和功能都有影响。监控系统可以处于两种状态：“打开”和“关闭”。“开启”模式下的监控系统系统进入“开启”状态，或者在完成对其中一个请求的服务时，或者甚至在出现有空闲虚拟机执行的请求时。监控系统本身并不存储关于请求的信息，因此当它处理从缓冲区获取的新请求时，它会在队列中保留一个位置。当信息处理完成时，监控系统进入“关闭”状态，虚拟机的功能恢复。虚拟机中的请求服务可以以两种方式之一发生：在监控系统转换到“打开”状态时发生的无中断7. 方法设n然后向量（n，s）描述系统的状态，p（n，s）是在状态（n，s）中找到系统的概率。R = C + r是系统中的总位置数。该模型的状态空间为：X={（0，0），（n，s），n = 1，. . ，R，s = 0，1}。状态（0.0）描述了当所有系统为空时的情况，并且监控系统处于“关闭”状态。Sta- tuses（n，1）描述了当监控系统处于“关闭”模式（即，处理信息）并且虚拟机的操作被挂起时的那些状态。状态（n，0）描述●●●●●M.M. Khalil，A.D.Khomonenko和医学博士马图什科沙特国王大学学报3970●●●一一一一ClClCl图1.一、通过监控系统访问云基础设施当监视系统处于该模式时q2;01½kaq1;1-k];q2;11 k2lq2;0：‘‘switched云基础架构的访问机制和接受新请求的功能可以由以下几种2L对于n=3，，C联系我们情况：qn;1kaqn-1; 1-kqn- 2; 1qn- 2; 0]一个新的请求将被接受的维护和监测系统将继续和虚拟机将暂停。当系统处于状态（n，0），n = 1，. . 、C-1;将接受新的维护请求，监视系统已打开，虚拟机已暂停。当系统处于状态（n，1），n = 1，. . 、C-1;一个新的请求将进入系统，并将在缓冲区中，直到虚拟机上的一个C请求得到服务。当出现提示时，监控系统的状态将保持不变，虚拟机也不会中断。当系统中的所有虚拟机都忙时（n = C，. . ，R-1），并且在缓冲器中存在至少一个自由空间。新查询将在剩余部分中被阻塞（n= R），而不会进一步影响其泊松流的强度（Kutare等人，2010年）。8. 状态平稳分布的概率算法与计算所有对系统的请求首先由监控系统处理，然后分发给空闲的虚拟机，如转换速率图所示（图10）。 2）的情况。为了获得q（n，s）状态的解开概率，Þ¼nl½ðqn;11knlqn;0;qC1;01½kaqC;1-kqC-1;1qqC-1;0];qC1;11½kClqC1;0-kqC;0];对于n=C+2，，R-1qn;01½kaqn-1;1-kqn-2;1];qn;11½kClqn;0-kqn-1;0]：qR;01½kaqR-1;1-kqR-2;1];qR;11½ClqR;0-kqR-1;0]：通过获得异常概率，可以计算正常常数：模型，以下（图） 3）计算算法的应用：q= 0; 0 ± 1G¼Xn;s2Xqn;s然后通过以下方式找到平稳概率分布q= 1;00;k;q= 1;11 klq1;0：国家统计局qn;sns Xla;G;;2图二. 转换强度图M.M. Khalil，A.D.Khomonenko和医学博士马图什科沙特国王大学学报3971k1-B¼þ1系统，以及由服务提供时间和平均等待时间引起的总平均w_1延迟时间PC-1nqn;1CPRqn;1B¼qR;0qR; 1;w1¼n<$1n<$CPrnqCn;0qCn;1图三.用Mathcad编写的演示程序。该模型的主要概率-时间特征是阻止云服务请求的概率B、由于监控操作而导致的服务提供的平均延迟时间M.M. Khalil，A.D.Khomonenko和医学博士马图什科沙特国王大学学报3972Wwn¼1k1-B9. 计算、分析和结果为了模拟和测试上述公式，Mathcad程序编写如下：采用以下初始数据进行计算：C = 20，C = 40，C =60 r = 80m= 0.1a= 5p = 20，同时k=q*m 和R = C + r，其中Cr是缓冲区大小，k是流率，P -建议的负载，a是信息处理的平均速率通过使用Mathcad编写的程序进行这些计算，获得了阻塞概率对建议负载的依赖关系图（图4）和安装系统对建议负载的平均延迟时间的依赖关系图（图5）。 5）。在图上可以看出，涉及的虚拟机越多，监控系统的总延迟时间越短，但同时服务等待的平均时间比计算机数量较少的情况下所考虑的具有监控系统的云基础设施的概率模型允许估计与监控过程相关的云服务提供中的延迟。同样令人感兴趣的是分析虚拟机数量自动缩放对用户服务质量指标的影响，以及考虑到云解决方案基础设施的分布。10. 结论根据AIST（美国标准与技术协会）对云计算模型的看法，该组织云基础架构访问监控是一项强制性标准见图4。 阻塞概率对建议负载的依赖性。M.M. Khalil，A.D.Khomonenko和医学博士马图什科沙特国王大学学报3973图五.监控系统的平均延迟时间对拟定负载的依赖性。任何云系统。从我们的模型的结果，它是很好地表明，监控系统创建延迟的操作中的虚拟机器，相应地，监控过程中创建一个服务延迟，为了消除这种延迟，有必要考虑花费在监控上的时间。所考虑的云基础设施的概率模型与监控系统，使我们能够估计延迟时间在云服务提供相关的监控过程。该研究的结果清楚地显示了监控如何影响云系统，其中计算了请求的等待时间同时研究结果表明，虚拟机数量越多，监控系统的总延迟时间越短，但平均服务等待时间却大于虚拟机数量较少时的平均服务等待时间，因此增加虚拟机数量可以将影响降到最低。对于未来的工作，建议考虑除了泊松之外的不同类型的请求进入流，还考虑一种不同于FCFS的请求处理。其他类型也需要监控的额外服务可以添加到模型中，这可能会显著改变计算并增加更多的服务等待时间。竞争利益作者声明，他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系，可能会影响本文报告的工作。引用AmazonCloudWatch ： 用 户 指 南 ， AmazonWebServices ， 2020 ，https://docs.aws。amazon.com/AmazonCloudWatch/latest/monitoring/acw-ug.pdf，第2页，最后访问时间为2020年2月7日。Buyya河，Yeo，C.S.，Venugopal，S.，Broberg，J.，布兰迪奇岛，2009年 Chee ShinYeo，《云计算和新兴IT平台：将计算作为第五种实用工具交付的愿景、炒作和现实》。FUT. Generat. Comput. 25（6），599-616.Chakraborty，B.，Karthikeyan，Sh.，Understanding Azure Monitoring，Apress，Berkeley，CA，ISBN 978-1-4842-5129-4，pp. 205-216有效的救灾需要综合信息：https://www.scidev.net/en/newtechnologies/icts/opinions/effective-disaster-response-needs-integrated-messaging.html。凯文·豪厄尔2018年什么是云监控？你为什么需要它？www.whatsupgold.com/blog/what-is-cloud-monitoring，12月5日。哈利勒，M.M.，Khomonenko，A.D.，Gindin，S. I.，2019年，负载平衡云计算与Web接口使用多通道的预热和冷却的分布式系统，智能和分布式计算国际研讨会，第。385-393.A.D. Khomonenko V.G. Degtyarev M.M. Khalil通过数值计算分析具有WEB接口的云计算系统的效率具有“冷却”的非马尔可夫多通道系统Khomonenko，A.D.，哈利勒，M.M.，Lokhvitskiy，V.A. 2017年a。具有“冷却”和“加热”的多通道非马尔可夫排队系统等待时间分布的计算。高科技在地球空间研究9（4），88。Kiryakova，G.，Angelova，N.，约达诺瓦湖，2015.云计算服务在企业中的应用。特拉基亚Sci. 13（Suppl.1），392-396.Kutare，M.，Eisenhauer，G.，Wang，C.，中国地质大学，2010. 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