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云计算是当前信息领域的热点,它的出现宣告了低成本提供超级计算时代的到来。在云计算时代,用户可在全球范围内动态租用计算资源。云计算整合了互联网“云海”中的“云岛”资源,构建“服务器农场”,将计算从用户端集中到“云端”,作为服务通过互联网提供给用户,这意味着计算能力也可以作为商品进行流通,就像水电一样即开即用,费用低廉。云计算实质上是一种生产者——消费者模型,从经济学的角度来看,服务被看作是有价值的经济商品,供应商生产商品并将其“分租”给消费者,云用户可以在全球范围内根据自己的需求按照一定的付费方式从供应商中“购买”商品。云计算具有规模经济性,启用的细粒度经济模式能实现计算机客户间的共享。
云资源管理是云计算的关键内容和研究重点,主要包括资源的统一管理、组织、分配、监控和备份等职能。在网格环境下,资源管理系统作为基础设施已有大量相关研究,但其系统存在一些缺陷,如多数侧重于解决如何共享分布广泛的异质资源,对环境动态性、灵活性、可扩展性等需求考虑不足,已不能很好地适应云环境下向商业领域发展的趋势,因此,有必要研究更加灵活、适合云资源管理的模型。目前企业计算资源存在调配不灵活、能耗高、计算存储资源不能合理按需配置等问题,云计算并没有或只是有限地为多竞争者提供用于资源动态分配的谈判机制。
本文根据云环境下资源管理的特点,将经济学的原理引入到云资源管理中,利用经济模型研究云资源的管理。首先介绍了云计算基础,然后详细分析了云计算中采用的经济学知识,为基于经济学的云资源管理模型的提出奠定理论基础,着重阐述了计算资源的效用市场、信息资源的经济特性、云计算的规模经济性、云计费模式、弹性风险转移、量化分析、成本比较,并从经济学原理的角度提出云计算经济学分层架构。其次,结合云计算的特点,在借鉴网格环境下资源管理的研究的基础上,为虚拟机云计算系统设计了基于SLA的云资源经济学管理模型,研究了资源预留算法、模型采用的基于使用量的计费机制、基于SLA的谈判流程、以及基于效用函数的谈判算法。最后,探讨了CloudSim模拟工具的体系结构、技术实现、环境配置及使用方法,并采用此软件进行仿真实验和性能分析。实验表明,本文提出的基于经济学的云资源管理模型能够动态地有效保证用户QoS,有助于在市场均衡的条件下规范供应和需求,为云消费者和供应商提供有关经济激励的反馈,优化基于SLA的资源分配,并降低能耗和成本,提高资源利用率,有效控制二氧化碳排放量,实现绿色计算,同时为云用户提供深度挖掘和深度营销等更优质服务,有助于实现供应商和云用户之间的双赢。