云计算中心网络资源分配-Faircloud: sharing the network in cloud computing

网络资源同计算资源以及存储资源一样，是一种可被租户共享使用并提高利用率的资源。但是，不同租户的计算资源以及存储资源之间，有很强的隔离性，可以实现按需按比例分配的使用方式，但是网络资源却不可以。

主要原因是，一台虚拟机使用的网络资源，会受到在同一台物理服务器其他虚拟机的影响（竞争唯一的网卡资源），以及其他会同此虚拟机进行通信的虚拟机影响（竞争此虚拟机的可用带宽），此外其他虚拟机之间的通信也会竞争此虚拟机通信时可使用的链路资源。

因此需要在公平分配以及最小带宽保障之间需要进行取舍（其实还是以公平分配为基础，计算可提供的最小带宽）。还需要在公平分配以及资源高利用率之间需要进行取舍（其实还是在公平分配的基础上，为租户的虚拟机计算权重值，然后计算某一条链路带宽可分给此虚拟机的比例）。

当为租户提供的最小带宽超过链路容量时，实际分配时只能按照比例公平的原则进行了。在虚拟机通信期间，利用权重队列，处理突发流量，将闲置网络资源提供给有需求的虚拟机，提高网络利用率。

公平分配是最重要的，因此可以提供不同的公平分配方法，互相权衡。

Wx-y=Wx/Nx+Wy/Ny

Wx-y：通信权重，此为拥塞链路为x-y通信分配带宽的依据；

Wx：发送端虚拟机权重；

Wy：接收端虚拟机权重；

Nx：同发送端进行通信的虚拟机数量（发送端仍为发送端）；

Ny：同接收端进行通信的虚拟机数量（接收端仍为接收端）；

1、拥塞链路公平分配。

以拥塞链路上正在进行数据传输的租户为单位，进行公平分配。租户的权重为经过此链路的虚拟机的数量，Nx和Ny的变化。

2、全局网络公平分配。

当链路拥塞时，以使用此链路传输数据的租户为单位，进行公平分配。租户的权重为和通信虚拟机相关联的所有虚拟机的数量，而不是拥塞链路上的虚拟机数量，Nx和Ny的变化。

3、临近链路公平分配。

在全局网络公平分配的基础上，带入两个变量，对发送端的权重以及接收端的权重比值进行调整，实现虚拟机权重的有向偏重（偏重发送端还是接收端）。

Wx-y=a*Wx/Nx+b*Wy/Ny

 

通过检测端到端的通信链路，在端完成带宽分配。

 

[1]L. Popa, G. Kumar, M. Chowdhury, A. Krishnamurthy, S. Ratnasamy, and I. Stoica, “Faircloud: sharing the network in cloud computing,” in Proceedings of the ACM SIGCOMM 2012 conference on Applications,  echnologies, architectures, and protocols for computer communication. ACM, 2012, pp. 187–198.