一种网络计算模式下的资源访问性能优化方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种网络计算模式下的资源访问性能优化方法，属于计算机网络及文 件系统管理应用领域。
【背景技术】
[0002] 传统的计算机系统中有文件系统（file system)来管理文件及数据对象，。最初 的文件系统直接与操作系统绑定，这样有利于存储媒介中的文件资源管理。由于网络计算 模式的发展与普及，大量的数据资源都通过网络通道，由指定的存储服务器下载至客户端， 用户可以请求指定的资源。如此出现的分布式文件管理系统，旨在满足通过网络获取资源 以及管理大量的数据。
[0003] 复本管理是网络计算模式的基础上延伸和发展出来的概念，目的是为了满足多用 户并发访问，数据资源及集群应用的可用性。由于大量数据资源及应用都存储在网络上，因 此这些应用资源的可用性极大的依赖于网络状态。常用的做法是，通过对资源的复本拷贝， 将其复本分散于网络系统中多节点上。然而这种方法需要考虑的问题是，将复本存放于哪 些节点上，以及复本的数量应该是多少等。
【发明内容】
[0004] 为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种网络计算模式下的资源访问性能优 化方法，提高文件资源的可用性，保证在大量用户同时请求访问数据资源时的网络性能，在 网络计算模式下，提升资源共享效率并有效降低网络带宽消耗。
[0005] 本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：提供了一种网络计算模式下的资 源访问性能优化方法，包括以下步骤：
[0006] (1)建立由网络节点组成的网络计算系统模型，将由网络节点构成的网络空间映 射到欧氏空间，所述欧氏空间为嵌入空间，所述网络节点包括数据存储节点、索引节点和次 中心节点，其中数据存储节点存储有原始的复本，索引节点用于记录各个数据存储节点的 复本存储信息、复本访问信息以及网络节点间的距离，次中心节点用于存储系统数据；
[0007] (2)从所有数据存储节点中选取一组基准节点，构成基准节点集，基准节点外的其 它数据存储节点为普通节点；各个普通节点为其存储的每个复本设置一个列表，用于记录 该复本被该普通节点的近邻节点访问的频度；普通节点还设置有一个数据表，用于记录该 普通节点接收的复本请求；列表和数据表每隔一段设置时间更新一次；
[0008] (3)测量基准节点之间的距离值，构建由各距离值组成的距离矩阵，确定基准节点 的坐标值；测量网络空间中的普通节点到基准节点的距离，确定普通节点对于基准节点的 坐标；
[0009] (4)每个普通节点向各个基准节点发送报文探测消息，基准节点向普通节点返回 应答后，普通节点获得到该基准节点的距离值；普通节点利用到各个基准节点的距离值构 造节点向量，将该节点向量提交至索引节点；所述节点向量包括该普通节点到各个基准节 点的距离；
[0010] (5)对于每个普通节点，获取该普通节点在设置距离范围内的普通节点，所述一定 距离范围内的普通节点构成该普通节点的近邻节点集；
[0011] (6)建立复本模型：
[0012] 设集合0 = Io1, ...，O1J表示存储于各个普通节点上的N个复本组成的复本集， 其中Oi表示第i个复本，0彡i彡N ;用集合V = {v ^ ...，vm}表示普通节点集，其中Vj表 示第j个普通节点，〇彡j彡m ;
[0013] 已知普通节点Vj的存储空间为C』，访问频率为!Tij,表示普通节点Vj对复 本O i发出对复本的访问请求的频率，普通节点 '对全局的复本请求频率表示为r」= Crjl, rj2, · · ·，rjN)，一组有m个普通节点的网络计算系统的访问矩阵表示为R = Cr1, r2, · · · rm)T，Pj表示普通节点V」上的复本存储量，P:i [0且|Pj|彡C」，则Rj= {0 f 0:r々Ο}表示 为向普通节点Vj发送的请求集合，Pj= 表示普通节点Vj发出的请求集合；
[0014] 在复本模型下，每个普通节点分别计算从本普通节点访问复本的距离(^、从近邻 节点访问复本的距离d#，以及从远程数据节点访问复本的距离d js;其中远程数据节点为所 有普通节点中除了本普通节点及其近邻节点以外的普通节点；
[0015] (7)复本放置优化：
[0016] (7-1)对于各个普通节点的每个复本，进行步骤（7-2)至步骤（7-4):
[0017] (7-2)利用以下公式计算复本的全局访问频度：
[0018]
【主权项】
1. 一种网络计算模式下的资源访问性能优化方法，其特征在于包括w下步骤： (1) 建立由网络节点组成的网络计算系统模型，将由网络节点构成的网络空间映射到 欧氏空间，所述欧氏空间为嵌入空间，所述网络节点包括数据存储节点、索引节点和次中屯、 节点，其中数据存储节点存储有原始的复本，索引节点用于记录各个数据存储节点的复本 存储信息、复本访问信息W及网络节点间的距离，次中屯、节点用于存储系统数据； (2) 从所有数据存储节点中选取一组基准节点，构成基准节点集，基准节点外的其它数 据存储节点为普通节点；各个普通节点为其存储的每个复本设置一个列表，用于记录该复 本被该普通节点的近邻节点访问的频度；普通节点还设置有一个数据表，用于记录该普通 节点接收的复本请求；列表和数据表每隔一段设置时间更新一次； (3) 测量基准节点之间的距离值，构建由各距离值组成的距离矩阵，确定基准节点的 坐标值；测量网络空间中的普通节点到基准节点的距离，确定普通节点对于基准节点的坐 标； (4) 每个普通节点向各个基准节点发送报文探测消息，基准节点向普通节点返回应答 后，普通节点获得到该基准节点的距离值；普通节点利用到各个基准节点的距离值构造节 点向量，将该节点向量提交至索引节点；所述节点向量包括该普通节点到各个基准节点的 距离； (5) 对于每个普通节点，获取该普通节点在设置距离范围内的普通节点，所述一定距离 范围内的普通节点构成该普通节点的近邻节点集； (6) 建立复本模型； 设集合0 = {〇1，...，oj表示存储于各个普通节点上的N个复本组成的复本集，其中 〇i表示第i个复本，0《i《N;用集合V={v1，.. .，Vm}表示普通节点集，其中Vj表示第j 个普通节点，〇《j《m; 已知普通节点Vj的存储空间为Cj，访问频率为ry，表示普通节点Vj对复本oi发出对复 本的访问请求的频率，普通节点Vj.对全局的复本请求频率表示为rj.=(rj,，. . .，rj.w)，一 组有m个普通节点的网络计算系统的访问矩阵表示为R= (r。r,，. . . 表示普通节点 vj上的复本存储量，Pi^O且iPj.l《Cj.，则Rj.= {〇iG0:ru〉0}表示为向普通节点Vj.发送 的请求集合，Pi= 表示普通节点Vj.发出的请求集合； 在复本模型下，每个普通节点分别计算从本普通节点访问复本的距离dj.i、从近邻节点 访问复本的距离dj.t，W及从远程数据节点访问复本的距离dj.,;其中远程数据节点为所有普 通节点中除了本普通节点及其近邻节点W外的普通节点； (7) 复本放置优化： (7-1)对于各个普通节点的每个复本，进行步骤（7-2)至步骤（7-4); (7-2)利用W下公式计算复本的全局访问频度：
其中，GFVj表示复本0i的全局访问频度，r。是普通节点Vj对复本0i发出的对复本的 访问请求的频率，m为普通节点数； (7-3)利用W下公式计算复本对于每个普通节点的插入增益：
其中，i的取值为1到N，j的取值为1到m，ou表示若复本oi存储于普通节点Vj.后， 网络计算系统总体增益的增加量即插入增益，当复本〇i存储于普通节点Vj.，则Pu取值为1， 否则Pu取值为0;若0U达到预设的最大值，则将复本〇i复制后存储于普通节点Vj.; (7-4)利用W下公式计算各个普通节点的删除成本：
其中，5U表示若复本0i从节点Vj栅j除后，网络计算系统总体增益的下降量即删除成 本诺5U小于预设的最大值，则将复本。i从节点V删除。
2. 根据权利要求1所述的网络计算模式下的资源访问性能优化方法，其特征在于：步 骤（3)中，测量基准节点之间的距离值，构建由各距离值组成的距离矩阵，确定基准节点的 坐标值，具体包括W下步骤： 测量基准节点之间的距离，利用测得的各距离构成EXE的距离矩阵D，E为基准节点的 数目； 由索引节点对距离矩阵D进行SVD操作，
1《i《E，1《j《E，距离矩阵D中的每一个元素表示为：
将Wi按降序排列； 利用PCA分析取距离矩阵D的前q项，组成变换矩阵U。，距离矩阵D任意一个距离向量D迪过变换d/二！!；；?0,映射为q维向量V，该向量IV构成基准节点L在嵌入空间内 的坐标值。
3. 根据权利要求2所述的网络计算模式下的资源访问性能优化方法，其特征在于：步 骤（3)中，测量网络空间中的普通节点到基准节点的距离，确定普通节点对于基准节点的 坐标，具体包括W下步骤： 测量所有普通节点到所有基准节点的距离，其中对于普通节点Hi，测量得到其到所有 基准节点的距离构成距离向量V= (〇h,l,，...，〇H,L。），其中表示普通节点111到基准节 点Lj.的距离； 根据变换矩阵U。将向量Vi映射到q维嵌入空间中，映射后的向量值即普通节点Hi的 坐标。
【专利摘要】本发明提供了一种网络计算模式下的资源访问性能优化方法，包括网络计算系统模型建立、网络节点分类、网络距离计算、复本访问频度计算，以及复本放置优化。本发明通过对网络计算系统建模，将系统模型映射为带权值的几何空间，采用基准节点方法，计算用户节点到基准节点的估计距离，同时通过节点近邻估计方法，选取节点周围一组可用的性能优良的节点，再通过复本访问分析，预测并提前在所选节点布置复本，从而可以有效减少未来时间内对复本的访问时延。本发明通过引入网络距离及复本频度分析，适用于大部分网络高速计算系统，提升全局网络性能，具有显著的效果和很强的实用性。
【IPC分类】H04L29-06, H04L29-08
【公开号】CN104796433
【申请号】CN201510230670
【发明人】熊永华, 吴敏, 张超
【申请人】中国地质大学（武汉）
【公开日】2015年7月22日
【申请日】2015年5月8日