基于服务部署的高可用模型及其可用性分配算法
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（１）需 要 为 每 个 子 系 统 部 署 可 用 性 系 统，增 加 了系统部署的工作量和复杂性；
（２）增 加 了 系 统 管 理 的 复 杂 度．系 统 管 理 员 需 要对每个可用性服务子系统进行单独管理的工作量 在一个包含几十甚至上百个子系统的系统中是难以 想象的；
（３）系 统 资 源 利 用 率 较 低．可 用 性 系 统 一 般 都 采用资源冗余方式 实 现，不 同 可 用 性 子 系 统 之 间 无 法共享资源造成一定程度的系统资源浪费．
蓝鲸 ＳｏｎＤ 服务部署系 统 是 ［２］ 一 个 基 于 网 络 存 储的新型计算环境，通 过 将 计 算 资 源 和 存 储 资 源 动 态映射成虚拟服务 器，提 高 了 管 理 和 系 统 部 署 的 灵 活 性 ，将 资 源 管 理 简 单 化 ，集 中 管 理 计 算 资 源 和 存 储 资 源 ，提 高 了 对 计 算 资 源 和 存 储 资 源 的 有 效 利 用 率 ． 网络存储使用在高可用系统中从根本上消除了对节 点数量的限制，网 络 存 储 技 术 为 高 可 用 系 统 的 可 扩 展性提供了底层支 持．当 前 存 储 行 业 已 经 实 现 了 冗 余 、备 份 等 多 项 技 术 来 保 证 存 储 设 备 的 高 可 用 性 ，在 此基础上可以实现 存 储 资 源 的 高 可 用．同 时 利 用 对
１７３２
计 算 机 学 报
２００７ 年
１ 引 言
相关 数 据 显 示，服 务 失 效 将 给 服 务 提 供 商 造 成 每小时上百万美元 的 巨 大 经 济 损 失，同 时 带 来 顾 客 满意度降低、服务商信誉下降等严重隐性损 失［１］．专 用容错计算机虽然 能 够 提 供 更 高 的 可 靠 性，但 其 购 买 、使 用 和 维 护 的 费 用 比 较 昂 贵 ，和 开 放 系 统 相 比 缺 乏灵活性．基于这 种 情 况，具 有 更 高 性 价 比、系 统 逐 渐 被 业 界 采 纳 ．经 过 二 十 多 年 的 研 究 和 发 展 ，高 可 用 系 统 越 来 越 广 泛 应 用 于 高 性 能 计 算 、银 行 、电 子 商 务 等 对 持 续 服 务能力要求较高的各个领域．
现有大部分高可用系统由于采用共享直连存 储，支持节点数量 由 共 享 直 连 存 储 的 最 大 接 口 数 量 所限制，大部分系 统 中 节 点 小 于 ３２ 个，其 所 支 持 服 务种类同样也有一 定 限 制．这 在 一 个 服 务 节 点 数 量 有限的系统中是可 行 的，但 在 一 个 为 多 个 用 户 提 供 不同服务、节点数 量 达 到 百 级 甚 至 千 级 类 似 数 据 中 心系统中，由于系 统 需 要 分 割 为 多 个 子 系 统 来 实 现 可 用 性 ，这 带 来 了 ３ 个 问 题 ：
本文第２节 描 述 ＨＡＳＢＳ 系 统 结 构；第 ３ 节 对 ＨＡＳＢＳ系统中面向服 务 部 署 的 可 用 性 分 配 模 型 进 行介绍；第４节介 绍 可 用 性 分 配 具 体 算 法 并 给 出 分 析 评 价 ；第 ５ 节 介 绍 相 关 研 究 ；第 ６ 节 进 行 总 结 并 给 出未来的研究方向．
从使 用 和 管 理 的 角 度 看，我 们 需 要 一 个 更 简 单 的系统，在保证服 务 可 用 性 的 同 时 能 够 简 化 服 务 部 署 和 管 理 ；从 资 源 利 用 的 角 度 看 ，我 们 需 要 一 个 有 效 分 配 各 类 资 源 的 系 统 ，最 大 化 地 提 高 资 源 利 用 率 ．
系统中的计算资源和存储资源的分别管理来为用户 提供高可用性的服 务 器 节 点，消 除 系 统 中 存 在 的 单 一失效点，则在此 系 统 中 部 署 的 服 务 也 能 够 保 证 其 可用性，不需要针 对 某 种 应 用 来 设 计 特 定 的 高 可 用 系统架构．蓝 鲸 ＳｏｎＤ 服 务 部 署 系 统 的 出 现 给 高 可 用系统提供了一个 新 的 基 础 架 构．基 于 服 务 部 署 系 统的高可用系统 ＨＡＳＢＳ（ＨｉｇｈＡｖａｉｌａｂｉｌｉｔｙＳｙｓｔｅｍ ＢａｓｅｄｏｎＳｏｎＤ）通 过 对 系 统 中 分 离 的 计 算 资 源 和 存 储资源的可用性管 理，为 服 务 提 供 虚 拟 高 可 用 服 务 节点，在不同服务 间 共 享 资 源，提 高 了 资 源 利 用 率． 在此系统对多个服 务 进 行 部 署 的 过 程 中，根 据 各 个 服务的可用性预期，如 何 合 理 分 配 计 算 资 源 和 存 储 资源为服务构建计 算 环 境 是 一 个 重 要 的 问 题．本 文 对基于资源利用率 的 可 用 性 分 配 方 法 进 行 探 讨，针 对 ＨＡＳＢＳ 系 统 的 部 署 特 点，提 出 最 适 合 冗 余 优 先 分配 算 法，满 足 了 ＨＡＳＢＳ 系 统 的 实 时 可 用 性 分 配 需求．
犓犲狔狑狅狉犱狊 ＳｏｎＤｓｙｓｔｅｍ；ｈｉｇｈａｖａｉｌａｂｉｌｉｔｙｓｙｓｔｅｍ；ａｖａｉｌａｂｉｌｉｔｙｅｖａｌｕａｔｉｏｎ；ｒｅｓｏｕｒｃｅｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ；ａｖａｉｌａｂｉｌｉｔｙａｌｌｏｃａｔｉｏｎ
收稿日期：２００７０５０９；修改稿收到日期：２００７０７２５．本课题得到国家“九 七 三 ”重 点 基 础 研 究 发 展 规 划 项 目 基 金 （２００４ＣＢ３１８２０５）资 助． 汤海鹰，女，１９７７年生，博士研究生，主要研究方向为网络存储、高可用系统．Ｅｍａｉｌ：ｔａｎｇｈａｉｙｉｎｇ＠ｎｒｃｈｐｃ．ａｃ．ｃｎ．许 鲁，男，１９６２ 年 生， 博 士 ，研 究 员 ，博 士 生 导 师 ，主 要 研 究 领 域 为 操 作 系 统 、体 系 结 构 和 网 络 存 储 ．
１）（犐狀狊狋犻狋狌狋犲狅犳犆狅犿狆狌狋犻狀犵犜犲犮犺狀狅犾狅犵狔，犆犺犻狀犲狊犲犃犮犪犱犲犿狔狅犳犛犮犻犲狀犮犲狊，犅犲犻犼犻狀犵 １０００８０） ２）（犌狉犪犱狌犪狋犲犝狀犻狏犲狉狊犻狋狔狅犳犆犺犻狀犲狊犲犃犮犪犱犲犿狔狅犳犛犮犻犲狀犮犲狊，犅犲犻犼犻狀犵 １０００３９）
犃犫狊狋狉犪犮狋 Ｌｉｍｉｔｅｄｓｃａｌａｂｉｌｉｔｙｉｓａｃｏｍｍｏｎｐｒｏｂｌｅｍｆｏｒｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｈｉｇｈａｖａｉｌａｂｉｌｉｔｙｓｙｓｔｅｍｓ．Ｗｉｔｈ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓｏｆＢｌｕｅ ＷｈａｌｅＳｏｎＤｓｙｓｔｅｍ，ａＨｉｇｈＡｖａｉｌａｂｉｌｉｔｙｍｏｄｅｌｂａｓｅｄｏｎＳｏｎＤｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．Ｔｈｉｓｍｏｄｅｌｈａｓｂｅｔｔｅｒｓｃａｌａｂｉｌｉｔｙｆｏｒｓｙｓｔｅｍ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔａｎｄｒｅｓｏｕｒｃｅｕｔｉ ｌｉｚａｔｉｏｎｃｏｍｐａｒｉｎｇ ｗｉｔｈｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｈｉｇｈａｖａｉｌａｂｉｌｉｔｙｓｙｓｔｅｍ ｍｏｄｅｌｓ．Ｗｉｔｈｔｈｅｄｙｎａｍｉｃ ｍａｐｐｉｎｇ ｍｅｃｈａｎｉｓｍｂｅｔｗｅｅｎｃｏｍｐｕｔｉｎｇｒｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄｓｔｏｒａｇｅｒｅｓｏｕｒｃｅｓｐｒｏｖｉｄｅｄｂｙＢｌｕｅＷｈａｌｅＳｏｎＤｓｙｓ ｔｅｍ，ｔｈｉｓｍｏｄｅｌｉｍｐｌｅｍｅｎｔｓａｋｉｎｄｏｆｖｉｒｔｕａｌｈｉｇｈａｖａｉｌａｂｉｌｉｔｙｓｅｒｖｅｒｂｙｓｅｐａｒａｔｅｄｍａｎａｇｅｍｅｎｔｏｆ ｃｏｍｐｕｔｉｎｇｒｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄｓｔｏｒａｇｅｒｅｓｏｕｒｃｅｓｆｏｒｖａｒｉｏｕｓｓｅｒｖｉｃｅｓ，ｒｅｌｅａｓｉｎｇｔｈｅｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙｏｆｍａｎ ａｇｅｍｅｎｔａｎｄｄｅｐｌｏｙｍｅｎｔ．Ｓｉｎｃｅｒｅｄｕｎｄａｎｔｒｅｓｏｕｒｃｅｓｃｏｕｌｄｂｅｓｈａｒｅｄｂｙｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｅｒｖｉｃｅｓ，ｔｈｉｓ ｍｏｄｅｌａｌｓｏｉｍｐｒｏｖｅｓｔｈｅｒｅｓｏｕｒｃｅｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｒａｔｉｏ．Ｔｈｅｋｅｙｉｓｓｕｅｏｆ ＨｉｇｈＡｖａｉｌａｂｉｌｉｔｙｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄｏｎＳｏｎＤｉｓｈｏｗ ｔｏａｌｌｏｃａｔｅｓｅｒｖｅｒｒｅｓｏｕｒｃｅｓｆｏｒｖａｒｉｏｕｓｓｅｒｖｉｃｅｓｔｏｓａｔｉｓｆｙｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ａｖａｉｌａｂｉｌｉｔｙｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓａｎｄｒｕｎｔｉｍｅｍｏｄｅｓｏｆｅａｃｈｓｅｒｖｉｃｅ．Ｔｈｉｓａｖａｉｌａｂｉｌｉｔｙａｌｌｏｃａｔｉｏｎｐｒｏｂｌｅｍ ｉｓｄｉｆｆｅｒｅｎｔｆｒｏｍｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｒｅｄｕｎｄａｎｃｙａｌｌｏｃａｔｉｏｎｐｒｏｂｌｅｍｓｏｎａｌｌｏｃａｔｉｏｎｐａｔｔｅｒｎ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏ ｔｈｅｓｐｅｃｉｆｉｃａｖａｉｌａｂｉｌｉｔｙａｌｌｏｃａｔｉｏｎｐａｔｔｅｒｎｏｆｔｈｉｓｓｙｓｔｅｍ，ａＢｅｓｔＦｉｔＲｅｄｕｎｄａｎｃｙＰｒｉｏｒａｌｌｏｃａｔｉｏｎ ａｌｇｏｒｉｔｈｍｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄ，ｗｈｉｃｈａｉｍｓｔｏｆｉｎｄｂｅｔｔｅｒｓｏｌｕｔｉｏｎ ｗｈｅｎｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｖａｌｕｅｓｏｆｂｏｔｈｃｏｓｔ ａｎｄｐｅｎａｌｔｙｉｎｏｂｊｅｃｔｉｖｅｆｕｎｃｔｉｏｎ．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｉｓａｌｇｏｒｉｔｈｍａｃｈｉｅｖｅｓｔｈｅａｌｌｏｃａ ｔｉｏｎｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｏｆｒｅａｌｔｉｍｅｓｅｒｖｉｃｅｄｅｐｌｏｙｍｅｎｔｐｒａｃｔｉｃａｌｌｙ．
２ 系统概述
２１ 犎犃犛犅犛 系 统 结 构 ＨＡＳＢＳ系统是 一 个 基 于 蓝 鲸 ＳｏｎＤ 服 务 部 署
系 统 的 提 供 高 可 用 环 境 的 系 统 ．在 本 系 统 中 ，底 层 资 源都可以保证其可 用 性，所 部 署 的 服 务 不 需 要 构 建 自己特定 的 高 可 用 架 构．ＨＡＳＢＳ 系 统 通 过 分 别 对 ＳｏｎＤ 系统的３个主要组件———管理服务器、计算资 源和存储资源进行 可 用 性 管 理 来 实 现，为 用 户 提 供 高可用计算环境．ＨＡＳＢＳ 系 统 结 构 如 图 １ 所 示．高 可用管理服务器包括提供监控和部署服务的主管理 服务器和 多 个 热 备 从 管 理 服 务 器，模 式 为 Ａｃｔｉｖｅ／ Ｐａｓｓｉｖｅ．高 可 用 存 储 资 源 中 卷 管 理 服 务 为 Ａｃｔｉｖｅ／ Ｐａｓｓｉｖｅ模式、网络 存储服务 为 Ａｃｔｉｖｅ／Ｐａｓｓｉｖｅ或者 Ａｃｔｉｖｅ／Ａｃｔｉｖｅ 模 式．在 网 络 存 储 服 务 为 Ａｃｔｉｖｅ／ Ｐａｓｓｉｖｅ模式时，主存储服务器提供卷管 理和网络 存 储 服 务 ，其 它 存 储 服 务 器 为 热 备 ；在 网 络 存 储 服 务 为 Ａｃｔｉｖｅ／Ａｃｔｉｖｅ模式时，主存储服 务 器 提 供 卷 管 理 和 网络存储服务，多 个 从 存 储 服 务 器 提 供 网 络 存 储 服 务 ，共 享 同 一 存 储 设 备 的 存 储 服 务 器 互 为 热 备 ．计 算 资源的失效切换由 管 理 资 源 监 控 管 理．当 计 算 资 源
摘 要 传统高可用系统存在可扩展性较差的问题．文 中 提 出 基 于 服 务 部 署 的 高 可 用 系 统 模 型，利 用 对 计 算 资 源 与存储资源的分离管理实现虚拟高可用服务节点，通 过 不 同 服 务 间 共 享 冗 余 资 源 提 高 资 源 利 用 率，有 效 解 决 可 扩 展性问题．基于服务部署高可用系统的关键问题为如 何 根 据 服 务 可 用 性 期 望 值 和 使 用 模 式 等 合 理 分 配 资 源．针 对 本系统可用性分配特点，文中提出了最适合冗余优先 分 配 算 法，基 于 结 合 费 用 与 惩 罚 值 的 目 标 函 数 得 到 满 足 需 求 的 相 对 最 优 解 ，实 验 证 明 此 算 法 能 较 好 地 达 到 系 统 的 实 时 服 务 部 署 要 求 ．
关 键 词 服 务 部 署 系 统 ；高 可 用 系 统 ；可 用 性 评 估 ；资 源 利 用 评 价 ；可 用 性 分 配 中图法分类号 ＴＰ３０２
犎犻犵犺犃狏犪犻犾犪犫犻犾犻狋狔 犕狅犱犲犾犅犪狊犲犱狅狀犛狅狀犇犪狀犱犐狋狊犃狏犪犻犾犪犫犻犾犻狋狔犃犾犾狅犮犪狋犻狅狀犃犾犵狅狉犻狋犺犿狊
ＴＡＮＧ ＨａｉＹｉｎｇ１），２） ＸＵ Ｌｕ１）
第 ３０ 卷 第 １０ 期 ２００７ 年 １０ 月
计 算 机 学 报 ＣＨＩＮＥＳＥＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦＣＯＭＰＵＴＥＲＳ
Ｖｏｌ．３０ Ｎｏ．１０ Ｏｃｔ．２００７
基于服务部署的高可用模型及其可用性分配算法
汤海鹰 １），２） 许 鲁１）
１）（中 国 科 学 院 计 算 技 术 研 究 所 北 京 １０００８０） ２）（中 国 科 学 院 研 究 生 院 北 京 １０００３９）
（２）增 加 了 系 统 管 理 的 复 杂 度．系 统 管 理 员 需 要对每个可用性服务子系统进行单独管理的工作量 在一个包含几十甚至上百个子系统的系统中是难以 想象的；
（３）系 统 资 源 利 用 率 较 低．可 用 性 系 统 一 般 都 采用资源冗余方式 实 现，不 同 可 用 性 子 系 统 之 间 无 法共享资源造成一定程度的系统资源浪费．
蓝鲸 ＳｏｎＤ 服务部署系 统 是 ［２］ 一 个 基 于 网 络 存 储的新型计算环境，通 过 将 计 算 资 源 和 存 储 资 源 动 态映射成虚拟服务 器，提 高 了 管 理 和 系 统 部 署 的 灵 活 性 ，将 资 源 管 理 简 单 化 ，集 中 管 理 计 算 资 源 和 存 储 资 源 ，提 高 了 对 计 算 资 源 和 存 储 资 源 的 有 效 利 用 率 ． 网络存储使用在高可用系统中从根本上消除了对节 点数量的限制，网 络 存 储 技 术 为 高 可 用 系 统 的 可 扩 展性提供了底层支 持．当 前 存 储 行 业 已 经 实 现 了 冗 余 、备 份 等 多 项 技 术 来 保 证 存 储 设 备 的 高 可 用 性 ，在 此基础上可以实现 存 储 资 源 的 高 可 用．同 时 利 用 对
１７３２
计 算 机 学 报
２００７ 年
１ 引 言
相关 数 据 显 示，服 务 失 效 将 给 服 务 提 供 商 造 成 每小时上百万美元 的 巨 大 经 济 损 失，同 时 带 来 顾 客 满意度降低、服务商信誉下降等严重隐性损 失［１］．专 用容错计算机虽然 能 够 提 供 更 高 的 可 靠 性，但 其 购 买 、使 用 和 维 护 的 费 用 比 较 昂 贵 ，和 开 放 系 统 相 比 缺 乏灵活性．基于这 种 情 况，具 有 更 高 性 价 比、系 统 逐 渐 被 业 界 采 纳 ．经 过 二 十 多 年 的 研 究 和 发 展 ，高 可 用 系 统 越 来 越 广 泛 应 用 于 高 性 能 计 算 、银 行 、电 子 商 务 等 对 持 续 服 务能力要求较高的各个领域．
现有大部分高可用系统由于采用共享直连存 储，支持节点数量 由 共 享 直 连 存 储 的 最 大 接 口 数 量 所限制，大部分系 统 中 节 点 小 于 ３２ 个，其 所 支 持 服 务种类同样也有一 定 限 制．这 在 一 个 服 务 节 点 数 量 有限的系统中是可 行 的，但 在 一 个 为 多 个 用 户 提 供 不同服务、节点数 量 达 到 百 级 甚 至 千 级 类 似 数 据 中 心系统中，由于系 统 需 要 分 割 为 多 个 子 系 统 来 实 现 可 用 性 ，这 带 来 了 ３ 个 问 题 ：
本文第２节 描 述 ＨＡＳＢＳ 系 统 结 构；第 ３ 节 对 ＨＡＳＢＳ系统中面向服 务 部 署 的 可 用 性 分 配 模 型 进 行介绍；第４节介 绍 可 用 性 分 配 具 体 算 法 并 给 出 分 析 评 价 ；第 ５ 节 介 绍 相 关 研 究 ；第 ６ 节 进 行 总 结 并 给 出未来的研究方向．
从使 用 和 管 理 的 角 度 看，我 们 需 要 一 个 更 简 单 的系统，在保证服 务 可 用 性 的 同 时 能 够 简 化 服 务 部 署 和 管 理 ；从 资 源 利 用 的 角 度 看 ，我 们 需 要 一 个 有 效 分 配 各 类 资 源 的 系 统 ，最 大 化 地 提 高 资 源 利 用 率 ．
系统中的计算资源和存储资源的分别管理来为用户 提供高可用性的服 务 器 节 点，消 除 系 统 中 存 在 的 单 一失效点，则在此 系 统 中 部 署 的 服 务 也 能 够 保 证 其 可用性，不需要针 对 某 种 应 用 来 设 计 特 定 的 高 可 用 系统架构．蓝 鲸 ＳｏｎＤ 服 务 部 署 系 统 的 出 现 给 高 可 用系统提供了一个 新 的 基 础 架 构．基 于 服 务 部 署 系 统的高可用系统 ＨＡＳＢＳ（ＨｉｇｈＡｖａｉｌａｂｉｌｉｔｙＳｙｓｔｅｍ ＢａｓｅｄｏｎＳｏｎＤ）通 过 对 系 统 中 分 离 的 计 算 资 源 和 存 储资源的可用性管 理，为 服 务 提 供 虚 拟 高 可 用 服 务 节点，在不同服务 间 共 享 资 源，提 高 了 资 源 利 用 率． 在此系统对多个服 务 进 行 部 署 的 过 程 中，根 据 各 个 服务的可用性预期，如 何 合 理 分 配 计 算 资 源 和 存 储 资源为服务构建计 算 环 境 是 一 个 重 要 的 问 题．本 文 对基于资源利用率 的 可 用 性 分 配 方 法 进 行 探 讨，针 对 ＨＡＳＢＳ 系 统 的 部 署 特 点，提 出 最 适 合 冗 余 优 先 分配 算 法，满 足 了 ＨＡＳＢＳ 系 统 的 实 时 可 用 性 分 配 需求．
犓犲狔狑狅狉犱狊 ＳｏｎＤｓｙｓｔｅｍ；ｈｉｇｈａｖａｉｌａｂｉｌｉｔｙｓｙｓｔｅｍ；ａｖａｉｌａｂｉｌｉｔｙｅｖａｌｕａｔｉｏｎ；ｒｅｓｏｕｒｃｅｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ；ａｖａｉｌａｂｉｌｉｔｙａｌｌｏｃａｔｉｏｎ
收稿日期：２００７０５０９；修改稿收到日期：２００７０７２５．本课题得到国家“九 七 三 ”重 点 基 础 研 究 发 展 规 划 项 目 基 金 （２００４ＣＢ３１８２０５）资 助． 汤海鹰，女，１９７７年生，博士研究生，主要研究方向为网络存储、高可用系统．Ｅｍａｉｌ：ｔａｎｇｈａｉｙｉｎｇ＠ｎｒｃｈｐｃ．ａｃ．ｃｎ．许 鲁，男，１９６２ 年 生， 博 士 ，研 究 员 ，博 士 生 导 师 ，主 要 研 究 领 域 为 操 作 系 统 、体 系 结 构 和 网 络 存 储 ．
１）（犐狀狊狋犻狋狌狋犲狅犳犆狅犿狆狌狋犻狀犵犜犲犮犺狀狅犾狅犵狔，犆犺犻狀犲狊犲犃犮犪犱犲犿狔狅犳犛犮犻犲狀犮犲狊，犅犲犻犼犻狀犵 １０００８０） ２）（犌狉犪犱狌犪狋犲犝狀犻狏犲狉狊犻狋狔狅犳犆犺犻狀犲狊犲犃犮犪犱犲犿狔狅犳犛犮犻犲狀犮犲狊，犅犲犻犼犻狀犵 １０００３９）
犃犫狊狋狉犪犮狋 Ｌｉｍｉｔｅｄｓｃａｌａｂｉｌｉｔｙｉｓａｃｏｍｍｏｎｐｒｏｂｌｅｍｆｏｒｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｈｉｇｈａｖａｉｌａｂｉｌｉｔｙｓｙｓｔｅｍｓ．Ｗｉｔｈ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓｏｆＢｌｕｅ ＷｈａｌｅＳｏｎＤｓｙｓｔｅｍ，ａＨｉｇｈＡｖａｉｌａｂｉｌｉｔｙｍｏｄｅｌｂａｓｅｄｏｎＳｏｎＤｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．Ｔｈｉｓｍｏｄｅｌｈａｓｂｅｔｔｅｒｓｃａｌａｂｉｌｉｔｙｆｏｒｓｙｓｔｅｍ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔａｎｄｒｅｓｏｕｒｃｅｕｔｉ ｌｉｚａｔｉｏｎｃｏｍｐａｒｉｎｇ ｗｉｔｈｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｈｉｇｈａｖａｉｌａｂｉｌｉｔｙｓｙｓｔｅｍ ｍｏｄｅｌｓ．Ｗｉｔｈｔｈｅｄｙｎａｍｉｃ ｍａｐｐｉｎｇ ｍｅｃｈａｎｉｓｍｂｅｔｗｅｅｎｃｏｍｐｕｔｉｎｇｒｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄｓｔｏｒａｇｅｒｅｓｏｕｒｃｅｓｐｒｏｖｉｄｅｄｂｙＢｌｕｅＷｈａｌｅＳｏｎＤｓｙｓ ｔｅｍ，ｔｈｉｓｍｏｄｅｌｉｍｐｌｅｍｅｎｔｓａｋｉｎｄｏｆｖｉｒｔｕａｌｈｉｇｈａｖａｉｌａｂｉｌｉｔｙｓｅｒｖｅｒｂｙｓｅｐａｒａｔｅｄｍａｎａｇｅｍｅｎｔｏｆ ｃｏｍｐｕｔｉｎｇｒｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄｓｔｏｒａｇｅｒｅｓｏｕｒｃｅｓｆｏｒｖａｒｉｏｕｓｓｅｒｖｉｃｅｓ，ｒｅｌｅａｓｉｎｇｔｈｅｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙｏｆｍａｎ ａｇｅｍｅｎｔａｎｄｄｅｐｌｏｙｍｅｎｔ．Ｓｉｎｃｅｒｅｄｕｎｄａｎｔｒｅｓｏｕｒｃｅｓｃｏｕｌｄｂｅｓｈａｒｅｄｂｙｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｅｒｖｉｃｅｓ，ｔｈｉｓ ｍｏｄｅｌａｌｓｏｉｍｐｒｏｖｅｓｔｈｅｒｅｓｏｕｒｃｅｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｒａｔｉｏ．Ｔｈｅｋｅｙｉｓｓｕｅｏｆ ＨｉｇｈＡｖａｉｌａｂｉｌｉｔｙｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄｏｎＳｏｎＤｉｓｈｏｗ ｔｏａｌｌｏｃａｔｅｓｅｒｖｅｒｒｅｓｏｕｒｃｅｓｆｏｒｖａｒｉｏｕｓｓｅｒｖｉｃｅｓｔｏｓａｔｉｓｆｙｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ａｖａｉｌａｂｉｌｉｔｙｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓａｎｄｒｕｎｔｉｍｅｍｏｄｅｓｏｆｅａｃｈｓｅｒｖｉｃｅ．Ｔｈｉｓａｖａｉｌａｂｉｌｉｔｙａｌｌｏｃａｔｉｏｎｐｒｏｂｌｅｍ ｉｓｄｉｆｆｅｒｅｎｔｆｒｏｍｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｒｅｄｕｎｄａｎｃｙａｌｌｏｃａｔｉｏｎｐｒｏｂｌｅｍｓｏｎａｌｌｏｃａｔｉｏｎｐａｔｔｅｒｎ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏ ｔｈｅｓｐｅｃｉｆｉｃａｖａｉｌａｂｉｌｉｔｙａｌｌｏｃａｔｉｏｎｐａｔｔｅｒｎｏｆｔｈｉｓｓｙｓｔｅｍ，ａＢｅｓｔＦｉｔＲｅｄｕｎｄａｎｃｙＰｒｉｏｒａｌｌｏｃａｔｉｏｎ ａｌｇｏｒｉｔｈｍｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄ，ｗｈｉｃｈａｉｍｓｔｏｆｉｎｄｂｅｔｔｅｒｓｏｌｕｔｉｏｎ ｗｈｅｎｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｖａｌｕｅｓｏｆｂｏｔｈｃｏｓｔ ａｎｄｐｅｎａｌｔｙｉｎｏｂｊｅｃｔｉｖｅｆｕｎｃｔｉｏｎ．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｉｓａｌｇｏｒｉｔｈｍａｃｈｉｅｖｅｓｔｈｅａｌｌｏｃａ ｔｉｏｎｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｏｆｒｅａｌｔｉｍｅｓｅｒｖｉｃｅｄｅｐｌｏｙｍｅｎｔｐｒａｃｔｉｃａｌｌｙ．
２ 系统概述
２１ 犎犃犛犅犛 系 统 结 构 ＨＡＳＢＳ系统是 一 个 基 于 蓝 鲸 ＳｏｎＤ 服 务 部 署
系 统 的 提 供 高 可 用 环 境 的 系 统 ．在 本 系 统 中 ，底 层 资 源都可以保证其可 用 性，所 部 署 的 服 务 不 需 要 构 建 自己特定 的 高 可 用 架 构．ＨＡＳＢＳ 系 统 通 过 分 别 对 ＳｏｎＤ 系统的３个主要组件———管理服务器、计算资 源和存储资源进行 可 用 性 管 理 来 实 现，为 用 户 提 供 高可用计算环境．ＨＡＳＢＳ 系 统 结 构 如 图 １ 所 示．高 可用管理服务器包括提供监控和部署服务的主管理 服务器和 多 个 热 备 从 管 理 服 务 器，模 式 为 Ａｃｔｉｖｅ／ Ｐａｓｓｉｖｅ．高 可 用 存 储 资 源 中 卷 管 理 服 务 为 Ａｃｔｉｖｅ／ Ｐａｓｓｉｖｅ模式、网络 存储服务 为 Ａｃｔｉｖｅ／Ｐａｓｓｉｖｅ或者 Ａｃｔｉｖｅ／Ａｃｔｉｖｅ 模 式．在 网 络 存 储 服 务 为 Ａｃｔｉｖｅ／ Ｐａｓｓｉｖｅ模式时，主存储服务器提供卷管 理和网络 存 储 服 务 ，其 它 存 储 服 务 器 为 热 备 ；在 网 络 存 储 服 务 为 Ａｃｔｉｖｅ／Ａｃｔｉｖｅ模式时，主存储服 务 器 提 供 卷 管 理 和 网络存储服务，多 个 从 存 储 服 务 器 提 供 网 络 存 储 服 务 ，共 享 同 一 存 储 设 备 的 存 储 服 务 器 互 为 热 备 ．计 算 资源的失效切换由 管 理 资 源 监 控 管 理．当 计 算 资 源
摘 要 传统高可用系统存在可扩展性较差的问题．文 中 提 出 基 于 服 务 部 署 的 高 可 用 系 统 模 型，利 用 对 计 算 资 源 与存储资源的分离管理实现虚拟高可用服务节点，通 过 不 同 服 务 间 共 享 冗 余 资 源 提 高 资 源 利 用 率，有 效 解 决 可 扩 展性问题．基于服务部署高可用系统的关键问题为如 何 根 据 服 务 可 用 性 期 望 值 和 使 用 模 式 等 合 理 分 配 资 源．针 对 本系统可用性分配特点，文中提出了最适合冗余优先 分 配 算 法，基 于 结 合 费 用 与 惩 罚 值 的 目 标 函 数 得 到 满 足 需 求 的 相 对 最 优 解 ，实 验 证 明 此 算 法 能 较 好 地 达 到 系 统 的 实 时 服 务 部 署 要 求 ．
关 键 词 服 务 部 署 系 统 ；高 可 用 系 统 ；可 用 性 评 估 ；资 源 利 用 评 价 ；可 用 性 分 配 中图法分类号 ＴＰ３０２
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第 ３０ 卷 第 １０ 期 ２００７ 年 １０ 月
计 算 机 学 报 ＣＨＩＮＥＳＥＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦＣＯＭＰＵＴＥＲＳ
Ｖｏｌ．３０ Ｎｏ．１０ Ｏｃｔ．２００７
基于服务部署的高可用模型及其可用性分配算法
汤海鹰 １），２） 许 鲁１）
１）（中 国 科 学 院 计 算 技 术 研 究 所 北 京 １０００８０） ２）（中 国 科 学 院 研 究 生 院 北 京 １０００３９）