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云计算效率度量指标体系及工具研究

云计算效率度量指标体系及工具研究

沈建雄

(上海市软件评测中心有限公司,上海市 200233)

 

       摘   要

      本文主要描述针对OpenStack云计算平台的效率度量指标体系和效率测试工具。该效率度量指标体系和效率测试工具为OpenStack云计算项目开发和部署的效率性能评估提供参考,为云系统的性能瓶颈排查和调优提供有效的依据,着力为云计算平台效率评测技术的发展建立良好的基础。

      关键词 云计算 云计算效率 度量指标体系

 

Research on the Measurement Index System and Tools of Cloud Computing Efficiency

SHEN Jianxiong

(Shanghai Software Testing Center Co., Ltd., Shanghai 200233, China)

 

Abstract  This paper mainly describes the efficiency measurement index system and efficiency testing tool for OpenStack cloud computing platform. The efficiency measurement index system and efficiency testing tool provide reference for the efficiency evaluation of OpenStack cloud computing project development, provide effective basis for cloud system bottleneck investigation and optimization, and establish a good foundation for the development of efficiency evaluation technology of cloud computing platform.

Keywords  Cloud Computing  Cloud Computing Efficiency  Measurement Index System

 

 

      1 概述

      云计算是一种基于互联网的新型服务模式和计算模式,将计算任务分布到由大量计算机构成的资源池上,其计算资源(包括计算能力、存储能力、交互能力等)是动态、可伸缩、虚拟化并以服务的方式进行提供。通过云计算模式,用户能够根据需要方便快捷地获取计算能力、存储空间和软件服务[1]

      国内外标准化组织对云计算标准的研究从2009年逐步开展起来,到2011年底呈现遍地开花的局势,从云存储、云架构、云安全、云管理、虚拟化和云间技术等多方面对云计算技术进行了详细地分析与研究,在标准方面确立了度量云计算平台的可行性。NIST(美国国家标准与技术研究院)定义了云计算的五个基本特征,快速伸缩、服务可度量、按需自助服务、无所不在的网络访问和资源池,在标准方面确立了如何度量云计算平台的方向。国内云计算相关的标准化工作自2008年底开始被科研机构、行业协会及企业关注,云计算相关的联盟及标准组织在全国范围内迅速发展。2013年8月,工业和信息化部组织国内产、学、研、用各界专家代表,开展了云计算综合标准化体系建设工作,对我国云计算标准化工作进行战略规划和整体布局,并梳理出我国云计算生态系统。全国信息技术标准化技术委员会云计算标准工作组,做为我国专门从事云计算领域标准化工作的技术组织,负责云计算领域的基础、技术、产品、测评、服务、系统和设备等国家标准的制修订工作,建议我国云计算标准体系建设从“基础”、“网络”、“整机装备”、“软件”、“服务”、“安全”和“其它”七个部分展开[2]

      本文主要描述了针对OpenStack云计算平台的效率度量指标体系和效率测试工具。

      2 云计算效率度量指标体系

      云计算效率度量指标体系基于云计算的特点生成,评价云计算产品提高服务的能力、支持网络访问的能力、资源共享和分配的能力、快速伸缩的能力、可计量的能力等等。本文的云计算效率度量指标体系主要从科学计算效率、网络性能效率和虚拟机起停效率三方面进行度量评价,如下表1所示。

      表1 云计算效率度量指标体系

 

一级指标

二级指标

指标说明

参数说明

科学计算效率

综合效率

综合评价云计算产品使用c和java语言进行科学计算的运算效率

Composite Score

小型FFT效率

评价云计算产品进行小型FFT运算的效率

FFT (1024)

FFT (N=1024)

小型SOR效率

评价云计算产品进行小型SOR运算的效率

SOR (100x100)

SOR (100 x 100)

小型蒙特卡洛模拟效率

评价云计算产品进行小型蒙特卡洛模拟运算的效率

Monte Carlo

小型矩阵乘法效率

评价云计算产品进行小型矩阵乘法的效率

Sparse matmult (N=1000, nz=5000)

小型LU运算效率

评价云计算产品进行小型LU运算的效率

LU (100x100)

LU (M=100, N=100)

大型FFT效率

评价云计算产品进行大型FFT运算的效率

FFT (1048576)

FFT (N=1048576)

大型SOR效率

评价云计算产品进行大型SOR运算的效率

SOR (1000x1000)

SOR (1000 x 1000)

大型蒙特卡洛模拟效率

评价云计算产品进行大型蒙特卡洛模拟运算的效率

Monte Carlo

大型矩阵乘法效率

评价云计算产品进行大型矩阵乘法的效率

Sparse matmult (N=100000, nz=1000000)

大型LU运算效率

评价云计算产品进行大型LU运算的效率

LU (1000x1000)

LU (M=1000, N=1000)

网络性能效率

外部吞吐量

评价云计算产品在外部网络中的通信效率

external throughput

内部吞吐量

评价云计算产品在内部网络中的通信效率

internal throughput

虚拟机起停效率

启动镜像:

ubuntu-14.04

启动镜像:ubuntu-14.04,执行动作:nova.boot_server,执行次数由用户设定。

start_median_time:ubuntu-14.04

停止镜像:

ubuntu-14.04

启动镜像:ubuntu-14.04,执行动作: nova.delete_server, 执行次数由用户设定。

delete_median_time:ubuntu-14.04

起停启镜像:

ubuntu-14.04

启动和停止ubuntu-14.04镜像的整体时间。

total_median_time:ubuntu-14.04

启动镜像:

cirros-0.3.4-x86_64-uec

启动镜像:

cirros-0.3.4-x86_64-uec

执行动作:nova.delete_server,执行次数由用户设定。

start_median_time:cirros-0.3.4-x86_64-uec

停止镜像:

cirros-0.3.4-x86_64-uec

启动镜像:

cirros-0.3.4-x86_64-uec

执行动作: nova.delete_server,执行次数由用户设定。

delete_median_time:cirros-0.3.4-x86_64-uec

起停启镜像:

cirros-0.3.4-x86_64-uec

启动和停止ubuntu-14.04镜像的整体时间。

total_median_time:cirros-0.3.4-x86_64-uec

 

      3 效率测试方法

      采用云计算效率测试工具对云平台的效率进行测试,并将测试结果保存在指定的数据库中,向用户提供界面查询测试结果。云计算效率测试工具可以测试如下效率指标:

      虚拟机起停效率测试:测试虚拟机镜像在云环境中的起停时间,起停时间是云的虚拟机管理效率的重要指标。虚拟机镜像可包括:cirros,ubuntu,centos,debian,fedora,openSUSE,windows等。

      科学计算效率测试:包括在进行FFT、SOR、Monte Carlo、矩阵乘、LU等运算的运行时长和每百万次科学计算消耗时间。

      网络性能效率测试:即云中的虚拟机之间相互通信的网络吞吐量,该指标用于衡量云产品网络的通信效率。

      4 云计算效率测试工具测试结果

      4.1 虚拟机起停效率

      进入rally_test目录,运行测试命令:python startimgForBoottime.py。

      测试完成以后,浏览测试主机地址IP/ admin/result/d_testlist/,进入浏览测试结果界面,可以看到每次测试的列表。

      其中点击某次测试对应的Efficiency链接,可以访问并查看该次测试中云计算效率测试结果数据。结果查看如下:其中的备注可以显示启停的镜像名称。

      4.2 科学计算效率

      进入工作目录:cd perf_test/

      执行测试命令:./perf.py

      测试完成后,浏览测试主机地址IP/ admin/result/d_testlist/,进入浏览测试结果界面,可以看到每次测试的列表。其中点击某次测试对应的Efficiency链接,可以访问并查看该次测试中云计算效率测试结果数据。与3.1中查看结果方式相同。测试结果如下:

如上图,结果包含四组Composite Score、FFT、SOR、Monte Carlo、Sparse matmult、LU的值,分别对应综合得分以及各类常见科学运算的效率,单位为每秒百万次浮点运算。此效率值越高,说明云计算平台进行科学运算的效率越高。

4.3 网络性能效率

进入工作目录:cd perf_test/

执行测试命令:./perf_iperf.py

测试完成后,浏览测试主机地址IP/ admin/result/d_testlist/,进入浏览测试结果界面,可以看到每次测试的列表。

 

      上图中Throughout是四次网络测试分别所需时间,可以衡量此云服务平台的网络传输效率,所需时间越少效率越高。

      5 总结

      本文主要在科学计算效率、网络性能效率和虚拟机起停效率三方面设计了云计算效率度量指标体系。并在此基础上开发了云计算效率测试工具软件,介绍了使用效率测试工具进行云计算效率测试的实例。基于云平台的云计算效率测试是云平台大范围推广的关键保障,做好云计算效率测试可以更好地了解当前云平台设计的性能范畴,以便更准确的应对基于云计算技术的应用业务需求,为云应用提供更好的测试保障服务。

 

 

 

参考文献

      孙向军,陆勤夫.基于云计算的模型服务平台研究[J].舰船电子工程,2011,31(8):119-122

       中国电子技术标准化研究院.云计算标准化白皮书(3.0).2014.07

 

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