[发明专利]考虑共因故障的云计算系统可靠性建模方法

说明书

本发明公布了一种考虑共因故障的云计算系统可靠性建模方法，属于网络可靠性技术领域。本方法包括：确定云计算系统同类单台服务器状态组合并进行化简；采用故障树法计算同类单台服务器简化后状态组合的存在概率；确定云计算系统同类服务器间状态组合并进行化简，计算各状态组合的存在概率；枚举云计算系统不同类服务器状态组合，计算各状态组合的存在概率；根据云计算系统状态空间计算给定需求下的系统可靠度。本发明方法考虑了由服务器故障引起的运行在其上的所有虚拟机之间的共因故障，采用状态空间建模，并对状态空间进行化简，解决了当系统规模增大时状态空间爆炸的问题，提高了建模效率。

技术领域

本发明属于网络可靠性技术领域，具体涉及一种考虑云计算共因故障的可靠性建模方法。

背景技术

云计算作为一种新的计算模型，将大量计算资源组成数据中心，再以服务的形式提供给用户，带来便利的同时又降低了计算和存储成本，已经得到广泛应用。然而，云计算系统故障频发也让人们关注其可靠性问题，其复杂的结构为云计算可靠性分析带来困难。同时，虚拟化作为云计算系统的关键特征，通过在物理服务器上创建多个虚拟机(VM)实现，一方面实现了云计算基础设施的共享，提高资源利用率，另一方面，当服务器故障时，运行在其中的多个虚拟机存在共因故障，这使得云计算的可靠性建模与传统系统不同。

云计算基础设施是指由服务器和虚拟机组成的云计算资源池。云计算系统的共因故障已被认知，例如Thanakornworakij等(参考文献[1]：Thanakornworakij T.,NassarR.F.,Leangsuksun C.,et al.A reliability model for cloud computing for highperformance computing applications[C]//Euro-Par 2012:Parallel ProcessingWorkshops.Springer Berlin Heidelberg,2013:474-483)考虑了硬件故障和软件故障，假设一个应用程序分布在多个服务器的多个虚拟机上，分别考虑硬件和软件的共因故障进行可靠性建模。然而没有考虑由服务器故障引起的运行在其中的多个虚拟机共因故障；又如Qiu等(参考文献[2]：Qiu X.,Dai Y.,Xiang Y.,et al.A Hierarchical CorrelationModel for Evaluating Reliability,Performance,and Power Consumption of a CloudService[J].)考虑了服务器故障引起的虚拟机共因故障，其可靠性定义为至少一个虚拟机能提供服务的概率，然而事实上，要提供可靠的云服务，需要一定数量的服务器/虚拟机，因此本申请提出一种考虑共因故障的云计算系统状态空间建模方法，并在此基础上在给定需求下对云计算系统进行可靠性建模。

发明内容

本发明的目的是为了解决云计算的可靠性建模中对由服务器故障引起虚拟机共因故障考虑不周的问题，以服务器和虚拟机为基本元素，分析云计算系统对应给定需求下的状态组合，并给出状态组合化简方法，基于故障树和状态空间模型实现给定需求下考虑共因故障的云计算系统可靠性建模。

本发明提供的考虑共因故障的云计算系统可靠性建模方法，适用于如下情况：

1)云计算系统的基础设施包含n类服务器，第i类服务器的个数为m_i个且每个服务器含有p_i个核。即云计算系统的服务器个数为个；

(2)服务器被划分为多个虚拟机，划分策略为一个核对应一个虚拟机，即服务器的核与虚拟机之间为一对一映射关系；

(3)服务器的故障会引起其上所有虚拟机的故障。考虑共因故障的基本参数模型(Basic Parameter Model，BPM)：同类服务器的故障服从指数分布，第i类服务器的失效率记为λ_s,i，同类服务器下虚拟机的故障也服从指数分布，第i类服务器下虚拟机的失效率记为λ_v,i；