基于复式机制的双边云虚拟机资源优化分配系统及方法与流程

本发明涉及的是一种信息安全领域的技术，具体是一种基于复式机制的双边云虚拟机资源优化分配系统及方法。

背景技术：

基于复式拍卖的分配机制主要作用是可以排除分配过程中买方垄断或卖方垄断的情况，从而使分配过程充分反映出实际的供求关系，保证分配中买方和卖方的效益，进而激励分配双方参与到分配中去。基于复式拍卖的分配机制正在逐渐成为现代资源需求情形分配以及互联网金融领域的热点，如果能够利用该机制激励分配双方充分参与到新兴资源需求情形当中去，那么产生的收益将是巨大的。由于复式拍卖机制的设计的困难，一个有效的、合理的复式拍卖分配机制是很多公司渴求的。随着学术界和工业界研究的持续发展，越来越多的复式拍卖机制将被应用到不同的领域中去。

由于双边需求不同，各自提出的标书也存在着不同，这样就导致现有复式拍卖机制中的获胜者决策过程无法使用而且很难做直接的改动来进行适应。同时，如果直接针对各自的标书内容进行两边的机制设计是无法得到一个可信的复式拍卖机制的。最后，由于用户的负载是在不断波动的，用户的实际需求是很难进行提前估计的。正式由于这三个原因，需要有一种新的机制来解决这样的一个双边资源需求情形分配。

技术实现要素：

本发明克服现有虚拟机分配机制的不足，提供一种基于复式拍卖的双边云虚拟机资源优化分配系统及方法，通过复式拍卖的分配机制来解决资源需求情形中分配资源标的无法反映资源供求情况的问题，并最大化了分配双方的效益。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种基于复式拍卖的双边云虚拟机资源优化分配系统，包括：标书收集模块、获胜者匹配模块、虚拟机类型及数目确认模块、资源标的确认模块、双边请求模块以及双边分配模块，其中：标书收集模块与与服务提供商、云服务用户以及获胜者匹配模块相连，该模块先从提供商与用户处收集标书信息再与获胜者匹配模块传输标书信息，获胜者匹配模块与虚拟机类型及数目确认模块、资源标的确认模块相连相连并传输提供商及用户获胜者信息，虚拟机类型及数目确认模块与资源标的确认模块相连并传输虚拟机类型与数目配置信息，虚拟机类型及数目确认模块、资源标的确认模块与双边请求模块相连并传输需要提供商分配的资源及需要用户支付的资源标的信息，双边请求模块与云服务提供商、云服务用户以及双边分配模块相连，该模块首先从提供商与用户处得到相应的资源与价钱，再将这些信息传输给双边分配模块，双边分配模块与云服务提供商以及云服务用户相连并传输最终的分配信息。

本发明涉及上述系统的双边虚拟机资源优化分配方法，包括以下步骤：

步骤1、拍卖者向云服务提供商以及云服务用户收集各自的标书；

步骤2、根据收集得到的标书，匹配得到双边各自的获胜者；

步骤3、根据获胜信息，确认提供商需要分配的虚拟机类型及数目；

步骤4、根据获胜信息以及确认好的虚拟机分配类型及数目，确认用户成交资源标的；

步骤5、根据确认好的虚拟机类型及数目和用户成交资源标的，向双边发出分配请求；

步骤6、根据请求反馈的结果，完成双边分配，并通知分配结果。

技术效果

与现有技术相比，本发明解决了虚拟机分配机制中，分配资源标的无法反映资源需求情形中供求关系的问题。通过让分配双方都在标书中提交自己内心的真实需求，来反映分配资源需求情形中的实际情况，从而保证云服务提供商和用户都能在虚拟机分配中获得效益的最大化。

本发明可以在保证可信性的情况下，只损失7.01％的社会总效益；由于在获胜者匹配部分采用了优化技术，将计算复杂度从O(M^K)降低到O(MK)，其中M为参与拍卖的提供商数目，K为虚拟机类型数目。

附图说明

图1为复式拍卖中虚拟机分配流程示意图；

图2为拍卖机制流程图；

图3为本发明与最优拍卖机制(不考虑可信性)结合不同算法所得实验结果示意图；

图4为本发明对比实验结果示意图。

具体实施方式

如图1所示，本实施例具体包括：标书收集模块、获胜者匹配模块、虚拟机类型及数目确认模块、资源标的确认模块、双边请求模块以及双边分配模块，其中：标书收集模块与与服务提供商、云服务用户以及获胜者匹配模块相连，该模块先从提供商与用户处收集标书信息再与获胜者匹配模块传输标书信息，获胜者匹配模块与虚拟机类型及数目确认模块、资源标的确认模块相连相连并传输提供商及用户获胜者信息，虚拟机类型及数目确认模块与资源标的确认模块相连并传输虚拟机类型与数目配置信息，虚拟机类型及数目确认模块、资源标的确认模块与双边请求模块相连并传输需要提供商分配的资源及需要用户支付的资源标的信息，双边请求模块与云服务提供商、云服务用户以及双边分配模块相连，该模块首先从提供商与用户处得到相应的资源与价钱，再将这些信息传输给双边分配模块，双边分配模块与云服务提供商以及云服务用户相连并传输最终的分配信息。

本实施例首先进行以下定义

a、定义复式拍卖中买卖双方的标书形式及其效用，具体为：

买方标书：其中：K是虚拟机的数目，x⁽ⁱ⁾是每种类型的虚拟机的数目(也被称为虚拟机配置决策)，c⁽ⁱ⁾是对该虚拟机决策所付出的代价。

卖方标书：其中：m是某种虚拟机类型，是类型-m虚拟机的数目，是类型-m虚拟机的单价。值得注意的是，卖方的标书实际是包含了K个子标书，分别代表K种类型的虚拟机。

b、定义买卖双方的效用：

买方效用：用户租用虚拟机来完成他们的任务，收益为R⁽ⁱ⁾，因此其效用为：其中：为用户-i获胜后的效用，R⁽ⁱ⁾为用户-i完成任务的收益，c⁽ⁱ⁾为用户-i购入虚拟机产生的成本。

卖方效用：云服务提供商启动虚拟机都会有一定的成本开销因此类型-m虚拟机的效用为：其中：为提供商-j获胜后虚拟机类型-m产生的效用，为提供商-j赢得拍卖的虚拟机类型-m的数目为提供商-j提供的虚拟机类型-m的单价，为提供商-j出售虚拟机类型-m的单位成本。

故而总的卖方效用为其中：为提供商-j赢得拍卖的总效用，K为提供商提供的虚拟机类型总数，为提供商-j获胜后虚拟机类型-m产生的效用。

c、定义拍卖方的效用：其中：w_a为拍卖方在一次分配中产生的效用，N为参与拍卖的用户人数，M为参与拍卖的提供商人数，为用户-i获胜后的效用，为提供商-j赢得拍卖的总效用。

如图1和图2所示，上述系统通过以下方式实现：

步骤1分配双方获胜者的匹配；

1.1)由于买方标书的资源标的是针对虚拟机组合的，而卖方资源标的是单价，因此无法直接进行比较。拍卖方首先对买方标书计算其标书密度为：其中：μ＝(μ₁，…，μ_K)^T是每种类型虚拟机的最大服务率。

1.2)对每个买方标书都计算得到标书密度后，我们将所有的买方标书按照标书密度降序排列，并记排序后的标书密度为φ⁽¹⁾≥…≥φ^(N)。而对卖方标书，则按照每种类型虚拟机的单价升序排列。对类型-m卖方标书，排序后的单价为

1.3)在排序结束后，拍卖方判断一下公式是否成立，以此来判断是否有人在此次拍卖之中胜出：其中：i’是买方之中有最大标书密度的用户的标号。如果存在一个j＝j*满足以上不等式，那么有最大标书密度的买方就赢得了买方的竞标，同时所有满足的卖方都赢得了卖方的竞标。如果有多个j满足以上不等式，拍卖方就选择最大的j作为j*。

步骤2、最终成交资源标的和成交虚拟机数目决策，具体为：

成交资源标的：对获胜买方，

对每一个获胜卖方，

成交虚拟机数目：对买获胜方，

对每一个获胜卖方，

到此，拍卖方就执行完所有机制。

本实施例在以下环境下进行了模拟实验:

虚拟机类型：共5种，其中运行能力是指单位该虚拟机每小时能够接收的请求数目。

云服务提供商：共4家。每个提供商拥有的服务器数目在[500，750]之间随机产生，每台服务器能够运行40台m4.large，20台m4.xlarge，10台m4.2xlarge，5台m4.4xlarge或2台m4.10xlarge的虚拟机。

云服务用户：共10位，其工作负载我们使用TPC-W标准测试产生。测试效果比较如图3和图4所示。

上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。