Tóm tắt Luận án Nghiên cứu mô hình giám sát trực tuyến cho hệ phân tán quy mô lớn
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
----------
TRẦN NGUYỄN HỒNG PHÚC
NGHIÊN CỨU MÔ HÌNH
GIÁM SÁT TRỰC TUYẾN
CHO HỆ PHÂN TÁN QUY MÔ LỚN
Chuyên ngành: KHOA HỌC MÁY TÍNH
Mã số: 62 48 01 01
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT
Đà Nẵng, 2017
Công trình được hoàn thành tại:
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
Người hướng dẫn khoa học:
1) PGS. TS. Lê Văn Sơn
2) PGS. TSKH. Nguyễn Xuân Huy
Phản biện 1: …………………………………………………
Phản biện 2: …………………………………………………
Phản biện 3: …………………………………………………
Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp
Đại học Đà Nẵng họp tại: Đại học Đà Nẵng
Vào hồi …..... giờ ......... ngày ....... tháng ……năm …….
Có thể tìm hiểu luận án tại:
- Thư viện Quốc gia
- Trung tâm Thông tin – Học liệu, Đại học Đà Nẵng
1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của việc nghiên cứu
Những thành tựu đạt được cua hê
̣
phân tan trong viêc
̣
chia se thông
̉
̉
́
tin, tai nguyên va môi trương mơ cho phep kê
́
t nô
́
i, vân
̣
hanh, khai thac
̉
̀
̀
̀
́
̀
́
̉
tư moi
̣
vi
̣
tri đia
̣
ly lam cho hê
̣
phân tan ngay cang phat triên râ
́
t nhanh
̀
́
̀
́
̀
̀
́
́
vê
̀
sô
́
lươn
̣
g, pham
̣
vi hoat
̣
đôn
̣
g va cung như nhu câ
̀
u sư dun
̣
g. Do đó,
̉
̀
̃
chất lượng hoạt động của hệ phân tán nói chung và các phần tử kết nối
mạng nói riêng luôn nhận được sự quan tâm đặc biệt của các nhà
nghiên cứu, điều hành và phát triển hệ thống.
Có nhiều giải pháp giám sát hệ phân tán đã được nghiên cứu, phát
triển trong thời gian qua cho phép kiểm soát, điều khiển các hoạt động,
phát hiện các sự cố trong chính các thiết bị kết nối mạng hoặc trong
toàn hệ thống. Tuy nhiên, giải pháp giám sát tổng hợp kiến trúc và các
hoạt động chung của hệ phân tán có vai trò quan trọng trong việc hỗ
trợ ra quyết định nhanh cho người quản trị hệ phân tán, giúp phát hiện
sớm các nguy cơ tiềm ẩn của hệ phân tán, nhưng hầu hết sử dụng các
công cụ hỗ trợ do các nhà sản xuất thiết bị xây dựng riêng, hoặc các
tiện ích được tích hợp sẵn trong hệ điều hành. Nên hạn chế của
phương pháp này hiện nay là thông tin giám sát rời rạc, khó khăn cho
người quản trị trong vấn đề quản lý tổng thể hệ thống.
Xuất phát từ tình hình trên, bài toán “Nghiên cứu mô hình giám
sát trực tuyến cho hệ phân tán quy mô lớn” được chọn làm đề tài
nghiên cứu của luận án.
2. Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Mục đích nghiên cứu: Luận án nghiên cứu đề xuất mô hình hệ
thống giám sát trực tuyến cho hệ phân tán quy mô lớn, làm cơ sở cho
phép phát triển giải pháp giám sát tổng hợp kiến trúc và các hoạt động
cơ bản của các đối tượng trong hệ phân tán quy mô lớn, hỗ trợ tích cực
cho người quản trị về thông tin toàn cục hệ phân tán, phát hiện nhanh
các lỗi phát sinh trong quá trình hệ thống đang hoạt động, được xem là
cơ sở hỗ trợ giám sát ở mức cao trước khi đi vào các phân tích chi tiết
sâu hơn về hệ thống.
2
+ Đối tượng nghiên cứu:
- Các đối tượng vật lý và mô hình phân cấp trong LSDS.
- Các giao thức mạng và mô hình giám sát.
+ Phạm vi nghiên cứu:
- Hệ phân tán quy mô lớn được phân cấp theo 4 mức.
- Môi trường mạng TCP/IP.
- Các đối tượng thực hiện truyền thông tương tác trực tiếp với nhau
qua phương pháp truyền thông điệp.
- Mô hình trình bày ở mức nguyên lý.
3. Phương pháp nghiên cứu
Luận án được triển khai với các phương pháp nghiên cứu như sau:
- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết
- Phương pháp mô hình hóa
- Phương pháp thực nghiệm
4. Đóng góp của luận án
Về mặt khoa học:
- Đề xuất mô hình hóa kiến trúc cho các đối tượng vật lý trong hệ
phân tán quy mô lớn.
- Đề xuất mô hình toán học cho phép mô tả các hành vi cơ bản của
các đối tượng trong hệ phân tán dựa trên máy trạng thái truyền thông.
- Đề xuất hệ thống đa tác tử giám sát được phân cấp chức năng theo
4 mức: giám sát nút mạng, lớp mạng, miền quản trị và toàn cục.
Về mặt thực tiễn: thực hiện cài đặt một số giải pháp giám sát.
5. Cấu trúc của luận án
- Mở đầu
- Chương 1: Tổng quan về giám sát hệ phân tán. Thực hiện khảo sát
và phân tích đánh giá một số công trình giám sát.
- Chương 2: Mô hình hóa hệ phân tán quy mô lớn. Luận án nghiên
cứu và đề xuất mô hình toán học cho kiến trúc và hành vi cơ bản các
3
nút mạng, lớp mạng, miền quản trị và toàn cục hệ phân tán quy mô lớn
phù hợp với mô hình quản trị phân cấp hiện nay.
- Chương 3: Mô hình giám sát tổng hợp kiến trúc và hành vi cơ bản
hệ phân tán quy mô lớn. Luận án nghiên cứu và đề xuất mô hình hệ
thống đa tác tử giám sát cho hệ phân tán quy mô lớn cùng với các giải
pháp giám sát tương ứng.
- Chương 4: Thực nghiệm và đánh giá kết quả. Trình bày phác đồ
tổng thể giám sát, các thực nghiệm và kết quả phân tích đánh giá.
- Kết luận và hướng phát triển.
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ GIÁM SÁT HỆ PHÂN TÁN
Nội dung chính chương này là thực hiện khảo sát, phân tích và
đánh giá một số công trình nghiên cứu về giám sát hệ phân tán, qua
đó xác định những tồn tại cần tiếp tục nghiên cưu về kiến trúc, chức
́
năng, mô hình và giải pháp thực thi giám sát hệ phân tán quy mô lớn.
1.1 Hệ phân tán và các đặc trưng cơ bản
Hệ phân tán được khảo sát với kiến trúc mạng phân tán và chức
năng phần mềm, ứng dụng phân tán theo hướng trình bày của tác giả
trong các công trình của Coulouris1 và Kshemkalyani2 cùng các cộng
sự. Theo quan điểm này thì hệ phân tán bao gồm đầy đủ các đối tượng
tính toán độc lập tự trị có bộ nhớ riêng, thành phần ứng dụng và dữ
liệu phân tán trên hệ thống mạng máy tính, các hoạt động truyền thông
và tương tác giữa các đối tượng được thực hiện qua kỹ thuật truyền
thông điệp.
Do hệ phân tán phát triển nhanh về số lượng liên mạng, các kết nối
và ứng dụng phân tán quan trọng thực hiện trên quy mô ngày càng lớn,
ngày càng nhiều người sử dụng và sự kiện tương tác truyền thông
1 George Coulouris và cộng sự (2011)
2 Ajay D. Kshemkalyani và Mukesh Singhal (2008)
4
trong phạm vi lớn hơn. Những đặc trưng này đã tạo ra nhiều thách
thức cho quản trị hệ phân tán quy mô lớn LSDS (Large-scale
distributed systems), các yêu cầu về giám sát và vận hành hệ thống đòi
hỏi chặt chẽ hơn để đảm bảo chất lượng của hệ thống. Để xây dựng
mô hình giám sát hiệu quả cần phải xem xét các đặc trưng và yêu cầu
của hệ phân tán trong quá trình thiết kế hệ giám sát:
- Trong suốt đối với người sử dụng.
- Không có đồng hồ vật lý chung cho toàn hệ.
- Tự trị và không đồng nhất.
- Mở rộng cấu hình và tái cấu hình linh hoạt.
- Số lượng lớn các sự kiện xảy ra đồng thời và phân tán.
- Phân tán rộng về mặt địa lý và nhiều mức quản trị.
- Giới hạn tài nguyên và nhiều chế độ ưu tiên.
̣
1.2 Khảo sát môt sô mô hinh và giai phap giam sat
́
̉
́ ́ ́
̀
1.2.1 Các tác vụ cơ bản trong giám sát và mô hình giám sát tham
chiếu
1.2.2 Hệ thống ZM4/SIMPLE
1.2.3 Hệ thống MOTEL
1.2.4 Hệ thống MonALISA
1.2.5 Hệ thống giám sát PCMONS
1.2.6 Các công cụ giám sát tích hợp theo đối tượng
1.3 Phân tích và đánh giá giam sat hệ phân tán
́
́
1.3.1 Phân tích và đánh giá giải pháp
1.3.2 Phân tích và đánh giá kiến trúc hệ thống giám sát
1.3.3 Phân tích và đánh giá một số tiêu chi giam sat hệ phân tán
́
́
́
Thông qua viêc
̣
thưc
̣ ̣ ̣ ̣ ́
hiên khao sat va phân loai môt sô hệ thống
̉
́ ̀
̉
giam sat tiêu biêu dưa
̣
vao cac tiêu chi cơ ban:
̉
́
́
̀
́
́
̣ ́
- Chức năng hê thông giám sát.
- Mô hình cơ sơ giám sát.
̉
5
- Giải pháp thực thi giám sát.
- Mô hình giám sát.
Kê
́ ̣
t qua đươc trinh bay trong cac Bang 1.2, 1.3, 1.4, 1.5.
̉ ̉
̀ ́
̀
Bảng 1.2 Chưc năng hê
̣
thô
́
ng giám sát
́
Chưc năng giam sat
́
́
́
Hê
̣
thô
́
ng giam sat
́
̣
Tinh
Hiêu
năng
̣
Đôi
tươn
Kiến trúc
và hành vi
́
́
́
toan
g
́
ZM4/ SIMPLE
JADE
META
PCMONS
MOTEL
Corba Trace
MonALISA
IBM Tivoli
Các công cụ (OS, thiết bi)
̣
Bảng 1.3 Mô hinh cơ sơ giam sat
̉
́
́
̀
Mô hinh cơ sơ
̉
̀
Hê
SNMP
ZM4/ SIMPLE
PCMONS
MOTEL
MonALISA
IBM Tivoli
̣
thông giam sat
́
́ ́
Toan hoc
̣
Công nghê
̣
́
Các công cụ (OS, thiết bi)
̣
̣
Bảng 1.4 Giai phap thưc thi giam sat
́ ́
̉
́
̣
Giai phap thưc thi
̉
́
̣
Hê thông giam sat
́
́ ́
Phâ
̀
n cưng
Phâ
̀
n mê
̀
m
Lai
́
SNMP
ZM4/ SIMPLE
BLACKBOX
PCMONS
MOTEL
MonALISA
Các công cụ (OS, thiết bi)
̣
6
Bảng 1.5 Mô hình giám sát
Kiê
́
n truc hê
̣
thô
́
ng giam sat
́
́
́
̣
Hê thông giam sat
́
́ ́
Phân cấp
Tâp
̣
trung
SNMP
ZM4/ SIMPLE
PCMONS
MOTEL
Corba Trace
MonALISA
Các công cụ (OS, thiết bi)
̣
́ ̣ ́
Tư kêt qua cac Bang 1.2, 1.3, 1.4 và 1.5 trên, luận án nhân thây
̉ ̉
́
̀
ră
̀
ng:
- Các hệ thống này được triển khai để giải quyết cho lớp bài toán
giám sát cụ thể như giám sát sự cố, cấu hình, hiệu năng, gỡ rối, lớp
trung gian… Thuận lợi của lơp bai nay la giải quyết tốt các yêu cầu
́
̀
̀
̀
giám sát chi tiết trong từng bài toán quản trị đặt ra. Tuy nhiên, khó
khăn cho người quản trị trong việc vận hành các sản phẩm, đông thơi
̀
̀
ảnh lớn đến hiệu năng hệ thống khi chạy đồng thời nhiều sản phẩm.
- Giám sát tổng hợp về các hoạt động, các trạng thái, sự kiện cơ bản
của các thành phần {tiến trình, CPU, RAM...} trong các đối tượng của
hệ phân tán đóng vai trò quan trọng, hỗ trợ ngươi quản trị nă
́
m bă
̣ ́
toàn bộ cac hoạt động của hệ thông trước khi đi sâu vao phân
́
́
t
̀
đươc
tích chi tiết diên
phải dựa vào các công cụ rời rạc tích hợp theo từng đối tượng hoặc hệ
̀
̃
̣
ra bên trong là rất cần thiết, nhưng hiên nay chủ yếu
̉
̉
̣
điều hành cụ thể. Nên không thê sư dung giai phap nay đê giam sat cac
̉
́ ̀ ́ ́ ́
̉
̣ ̣
hoat đông tổng hợp các đối tượng trong LSDS.
- Phần mềm giám sát với ưu điểm nên được nghiên cứu và triển
khai rộng rãi trong các sản phẩm giám sát và quản trị mạng TCP/IP.
- Cac hê
̣
thô
́
ng giam sat va quan tri
̣
đươc
̣
xây dưn
̣
g dưa
trung, nên vân
tri may chu giam
̣
trên cơ sơ
̉
̉
́
́
́
̀
giai phap công nghê
̣
va đươc
̣
thiê
́
t kê
́
theo mô hinh tâp
̣
̃
̉
́
̀
̀
̉
con tô
̀
n tai
̣
nhưng điêm yê
́
u cua hê
̣
thô
́
ng tai
̣
cac vi
́
̣
̉
̉
̀
̃
́
́
́
sat nay.
́
̀
7
Do LSDS là hệ thống phức tạp, người quản trị cần có một mô hình
giám sát hiệu quả trong quá trình quản lý và vận hành hệ thống, luận
án thấy rằng: bài toán giám sát tổng hợp về kiến trúc và các hoạt động
cơ bản của các đối tượng trong LSDS có ý nghĩa quan trọng trong việc
hỗ trợ tích cực cho công tác quản trị, cho phép thực hiện giám sát
LSDS ở mức cao, trước khi sử dụng các hệ thống giám sát và phân
tích phức tạp khác để thực hiện các khai thác chi tiết về hệ thống.
Chương 2: MÔ HÌNH HÓA CHO HỆ PHÂN TÁN
QUY MÔ LỚN
2.1 Thông tin cơ bản của các đối tượng được giám sát
Trong hệ phân tán, cac thiê
́
t bi
̣ ̣ ́
như may tram, may chu… la cac đôi
̉
́ ́ ̀ ́
́
tươn
̣
g vât
̣
ly thực hiện các hoạt động tương tác và truyê
̀
n thông với
́
nhau, mô
̃
i đô
́
i tươn
̣
g bao gồm nhiều thành phần tài nguyên phần cứng,
phần mềm và gắn liền với các trạng thái, sự kiện tương ứng.
PROCESS
MEM
CPU
Monitor
HDD
IO
NIC
Local operations
Communication operations
Hình 2.1. Hoat
Các thông tin liên quan đê
thành hai phần cơ bản như Hình 2.1.
̣
đôn
̣
g cơ bản cua đô
́
i tươn
̣
g đươc
̣
giam sat
́ ́
̉
́
n hoạt động của đôi tươn
́
̣
g có thể chia
Phần giao tiếp trong - hoạt động cục bộ (local operations)
Phần giao tiếp ngoài - quản trị (communication operations)
8
Bảng 2.1 Thành phần và thuộc tính giám sát cơ bản
STT
Thành phần
Thuộc tính cần giám sát
Mã tiến trình, tên tiến trình, trạng thái cơ bản
như New, Running, Waiting, Terminated.
1
Tiến trình
Hoạt động truyền thông và liên quan đến sử
dụng tài nguyên như CPU, MEM, HDD,
NIC, IO.
Loại bộ xử lý, tốc độ, yêu cầu sử dụng, nghỉ,
tải hoạt động, nhiệt độ và các thông tin lỗi
liên quan, các thiết lập cấu hình liên quan.
2
3
Bộ xử lý
Bộ nhớ
Chủng loại, dung lượng, yêu cầu cấp phát,
thu hồi, trạng thái sử dụng, tốc độ truy suất
và các thông tin lỗi liên quan.
Loại đĩa, dung lượng đĩa, tốc độ truy xuất
đọc ghi, trạng thái tải và các lỗi liên quan.
4
5
6
Đĩa cứng
Thiết bị vào ra
Giao tiếp mạng
Loại thiết bị, trạng thái, lỗi liên quan.
Loại giao tiếp, chuẩn hỗ trợ, trạng thái, lưu
lượng vào ra và các thông tin lỗi liên quan.
2.2 Đề xuất mô hình kiến trúc và hành vi cơ bản cho đối tượng
trong hệ phân tán
2.2.1 Mô hình kiến trúc cho đối tượng trong hệ phân tán
Mô hình kiến trúc mô tả các nút mạng cùng với các thông tin liên
quan của từng nút, các vùng mạng, truyền thông giữa các nút… Dựa
trên các thông tin trong mô hình kiến trúc này cho phép chúng ta xác
định kiến trúc vật lý của nút mạng được giám sát và các thông tin vật
lý liên quan các thành phần tương ứng, các thông tin này thật sự cần
thiết cho người vận hành và quản trị hệ phân tán.
AM (Architecture Model) là mô hình kiến trúc của một nút mạng
tại thời điểm được giám sát, thì AM là bộ 7 được biểu diễn như sau:
AM
NODES, NETS, DOMAINS , LINKS, PORTS, status,comm
(2.1)
9
Trong đo:
́
- NODES là tập hợp thông tin mô tả cấu trúc tài nguyên của nút
mạng được giám sát.
- NETS là tập hợp thông tin mô tả kết nối man
- DOMAINS là thông tin mô tả miền quản trị.
- LINKS mô tả liên kêt giưa nút trên hệ thống.
- PORTS mô tả thông tin liên quan đến công truyê
̣
g.
́
̃
̉
̀
n thông của nút.
- status là thành phần xác định trạng thái của nút mạng, trong đó
bao gồm trạng thái bình thường status(NODES) {S_NOR} hay trạng
thái bất thường status(NODES) {S_ABNOR}.
- comm là thành phần xác định kết nối truyền thông giữa các nut
́
man
d)}, với đô
Kiến trúc của hệ phân tan là tập hợp số lượng lớn các nút mạng
̣
g và được biểu diễn {(NODES,PORTS) (NODES’, PORTS’,
̣
trê d=[dmin,dmax].
̃
́
thực hiện truyền thông tương tác với nhau. Vì vậy, mô hinh kiên truc
́
́
̀
̉
cho phép thực hiện tô hơp
̣ ̣
cac mô hinh kiến truc của các nut mang
́ ́ ́
̀
tương ưng trên hê thông. Cho AM1 và AM2 là mô hình kiến trúc của
̣
́
́
nút 1 và nút 2 trong hệ thống và được biểu diễn bởi biểu thức (2.1), ||
là kí hiệu cho phép tổ hợp mô hình. Mô hình kiến trúc AM_C sau khi
tổ hợp hai mô hình kiến trúc thành phần AM1 và AM2 cũng là bộ 7,
AM_C được biểu diễn như sau:
AM _ C AM || AM
1
2
(NODES , NETS , DOMAINS , LINKS , PORTS ,
(2.3)
C
C
C
C
C
status,comm)
Trong đó:
NODESC = NODES1 NODES2 ,
NETSC = NETS1 NETS2 ,
DOMAINC = DOMAIN1 DOMAIN2 ,
LINKSC
PORTSC
= LINKS1 LINKS2 ,
= PORTS1 PORTS2 ,
10
status
= status(NODESC) {S_NOR} hoặc {S_ABNOR},
status(NODESC)
{S_NOR}: status(n1){S_NOR} và
status(n2){S_NOR},
status(NODESC) {S_ABNOR}: status(n1){S_ABNOR} hoặc
status(n2){S_ABNOR},
comm(NODESC,PORTSC) là kết nối truyền thông của các nut
́
̣
mang 1 và 2.
2.2.2 Mô hình hành vi cho đối tượng trong hệ phân tán
Mô hình hành vi trình bày trạng thái và phản ứng của các đối tượng
̉
trước các sự kiện nhận được. Máy trạng thái đươc
̣
ưng dun
̣
g phô biê
́ ̣
ng các sự kiện rơi rac, hệ điều hành và giao thức để mô ta
̀
́
n
́
trong hê
cac sư kiên
thái hưu han
̣
thô
, tran
truyê
Machine) được xem là phù hợp cho viêc
tương tác truyên thông và nhận được nhiều sự quan tâm của các nhà
khoa học trong việc ứng dụng vào đặc tả hành vi của hệ thống. Trong
̉
̉ ̉
̣ ̣
g thai va chuyên đôi trang thai. Mô hình máy trạng
́ ̀ ́
̣
̣
́
̣
̀
n thông CFSM (Communicating Finite State
̃
̣
mô hình hóa các hoat đôn
̣
̣
g
̀
mô hinh này, quá trình chuyển đổi trạng thái của máy được kích hoạt
̀
bởi sự kiện vào và đồng thời phát ra sự kiện tương ứng3.
Trên cơ sở đó, CFSM là một bộ 5 được biểu diễn như sau:
CFSM
, ,S,,s
(2.4)
in out
0
Trong đó:
in : Tập hợp các sự kiện nhận vào,
out : Tập hợp các sự kiện phát ra,
S
: Tập hợp hữu hạn các trạng thái,
s0S: Trạng thái ban đầu,
̣
: Hàm biểu diễn chuyển đổi trạng thái và được đinh nghia như
̃
sau
3 Gerard J. Holzmann (1991)
11
: S in S (out d)* (*: biểu diễn tập sự kiện phát ra bao
̉
gồm cả sự kiện null). Đê xac đin
̣
h tran
̣ ́
sư dung phep chiêu PSin, PEin,PSout, PEout, như sau:
́
̣
g thai va sư
̣
kiên
̣
hàm , luận án
́
́
̀
̉
̣
Tin hiêu vao:
̀
́
PS : S S
in
in
(2.5)
PE : S
in
in
in
Tin hiêu
̣
ra:
́
*
PS : S
S
out
out
out
(2.6)
*
*
PE : S
out
out
Mô hình máy CFSM sử dụng các trạng thái và các sự kiện liên
quan để mô tả hoạt động, hành vi của đối tượng và được sử dụng phổ
biến trong trình bày giao thức truyền thông, chương trình dịch... Như
vậy, thông qua các trạng thái, sự kiện trong mô hình máy trạng thái
CFSM sẽ dễ dàng hỗ trợ trong việc xây dựng các phương pháp thu
thập thông tin cần quan tâm.
̣
Máy trạng thái cho phép thực hiện tổ hợp nhiều may trang thai cơ
́
́
bản, xét hai may CFSM1 và CFSM2 được biểu diễn như biểu thức (2.4),
́
kết quả tổ hơp
̣
của hai may tran
̣
g thai trên tao
̣
ra may tran
̣
g thai hữu
́
́
́
́
hạn truyền thông tổ hợp như sau:
CFSM CFSM || CFSM
1
2
(2.7)
,
in _1 out _1
, S , , s
||
,
in _ 2 out _ 2
, S , , s
1
1
01
2
2
02
, , S,, s
in out
0
Trong đó:
in = in_1 in_2 : tâp
out = out_1 out_2 : tâp
= S1 S2 : tâp trang thai cua CFSM1 và CFSM2,
s0 = (s01, s02) : trang thai đâ
Với s1S1, s2S2 và in:
= 1 2 = S1 S2 in S1 S2 (out d)*
̣
sư
̣
kiên
̣
vao cua CFSM1 và CFSM2,
̉
̀
̣
sư
̣
kiên
̣
ra cua CFSM1 và CFSM2,
̉
S
̣
̣
̉
́
̣
̀
u cua CFSM1 và CFSM2,
̉
́
12
2.3 Mô hình hóa cho hệ phân tán quy mô lớn
Đô
́
i vơi các hê
̣
thô
́
ng được có quy mô lơn va phưc tap
̣
, viêc
́ ̣ ̣ ́
tiêp toan cuc hê thông la một thách thức lớn,
̀
̣
biểu
́
́
̀
́
diễn mô hinh hoa trưc
̣
́
̀
̀
được xem là vấn đề không khả thi vì khối lượng rất lớn thông tin cần
thể hiện, trong khi đó nguồn lực xử lý thực tế của các thiết bị liên quan
thì có hạn. Vì vậy, để có thể mô hình hóa hệ thông lơn một cách hiệu
́
́
quả, một số công trình nghiên cứu đã áp dụng phương pháp phân rã
thành các hệ thống con tương ứng4.
Hệ phân tán LSDS
Miền quản trị
Lớp mạng
Đối tượng
được giám sát
Hình 2.12. Mô hình quản trị phân cấp của hệ phân tán quy mô lớn
Dựa trên cơ sở trình bày hệ thống lớn theo mô hình phân cấp miền
quản trị và kết hợp với không gian địa chỉ phân cấp trong mỗi miền,
LSDS được khảo sát trong luận án có kiến kiến trúc phân cấp theo bốn
mức như Hình 2.12.
2.3.1 Mô hình kiến trúc hệ phân tán quy mô lớn
Trên cơ sở mô hình phân cấp LSDS, mô hình hóa kiến trúc của
LSDS được thực hiện với bốn mức: mô hình kiến trúc AM_MO cho
đối tượng nút mạng MO, mô hình kiến trúc AM_MN cho đối tượng lớp
mạng MN, mô hình kiến trúc AM_MD cho đối tượng miền quản trị
MD và mô hình kiến trúc AM_DS hệ phân tán quy mô lớn DS.
a) Mô hình kiến trúc AM_MO
4 Yannick Pencolé , marie-odile cordier, Laurence Rozé (2002)
13
AM _ MO
NODES
, NETS
,DOMAINS
,LINKS
,
MO
MO
MO
MO
,status,comm
(2.9)
PORTS
MO
b) Mô hình kiến trúc AM_MN
AM _ MN AM _MO || AM _MO || ... || AM _MO
k
1
2
Từ biểu thức (2.3) mô tả kết quả tổ hợp, AM_MN được biểu diễn
như sau:
AM _ MN
NODES
, NETS
,DOMAINS
,LINKS
,
MN
MN
MN
MN
,status,comm
(2.10)
(2.11)
(2.12)
PORTS
MN
c) Mô hình kiến trúc AM_MD
AM _ MD AM _ MN || AM _MN || ... || AM _MN
1
2
m
Vì thế AM_MD được biểu diễn:
AM _ MD
NODES
, NETS
,DOMAINS
,LINKS
,
MD
MD
MD
MD
PORTS
,status,comm
MD
d) Mô hình kiến trúc AM_DS
AM _ DS AM _MD || AM _ MD || ... || AM _MD
1
2
n
Vì thế AM_DS được biểu diễn:
AM _ DS
NODES , NETS ,DOMAINS ,LINKS
DS DS DS
,
DS
PORTS ,status,comm
DS
2.3.2 Mô hình hành vi hệ phân tán quy mô lớn
Mô hình hóa hành vi LSDS được thực hiện với 4 mức cụ thể: mô
hình hành vi F_MO cho đối tượng nút mạng MO trong hệ phân tán,
mô hình hành vi F_MN cho lớp mạng MN, mô hình hành vi F_MD
cho miền quản trị MD và mô hình hành vi F_DS cho hệ phân tán quy
mô lớn DS. Trong một số trường hợp đặc biệt, mô hình hành vi của
một đối tượng không thay đổi trạng thái khi nhận sự kiện hoặc phát ra
sự kiện, chuyển đổi trạng thái không nhận sự kiện hoặc không phát ra
sự kiện.
a) Mô hình hành vi F_MO
14
Từ mô hình các thành phần trên, mô hình hành vi F_MO là mô
hình tổng hợp của các máy trạng thái {F_PROC, F_CPU, F_MEM,
F_IO, F_HDD, F_NIC} và được biểu diễn như sau:
F _MO F _PROC|| F _CPU|| F _MEM|| F _IO|| F _HDD|| F _ NIC
Theo phép toán tổ hợp (2.7) thì F_MO cũng là máy trạng thái và
được biểu diễn như sau:
F _MO
,
,S , ,s
(2.19)
in _ MO out _ MO MO MO 0_ MO
b) Mô hình hành vi F_MN
̉
̣
biêu diêñ như sau
F_MN đươc
F _ MN F _ MO || F _ MO || ... || F _ MO
k
1
2
Từ kết quả biểu thức (2.7) mô tả tổ hợp các máy trạng thái, F_MN
được biểu diễn như sau:
F _MN
,
,S , ,s
(2.20)
in _ MN out _ MN MN MN 0_ MN
c) Mô hình hành vi F_MD
̉
̣
biêu diêñ như sau
F_MD đươc
F _MD F _MN || F _MN || ... || F _MN
m
1
2
Từ biểu thức (2.7) mô tả kết quả tổ hợp các máy trạng thái, F_MD
được biểu diễn như sau:
F _MD
,
,S , ,s
(2.21)
in _ MD out _ MD MD MD 0_ MD
d) Mô hình hành vi toàn cục F_DS
̉
̣
biêu diêñ như sau:
F_DS đươc
F _ DS F _MD || F _MD || ... || F _MD
n
1
2
Từ biểu thức (2.7) mô tả kết quả tổ hợp các máy trạng thái, F_DS
được biểu diễn như sau:
F _ DS
,
,S , ,s
(2.22)
in _ DS out _ DS DS DS 0_ DS
15
Chương 3: MÔ HÌNH GIÁM SÁT TỔNG HỢP KIẾN TRÚC VÀ
HÀNH VI CƠ BẢN HỆ PHÂN TÁN QUY MÔ LỚN
3.1 Đề xuất mô hình giám sát cho hệ phân tán quy mô lớn
3.1.1 Mô hình thực thể giám sát kiến trúc
Mô hình thực thể giám sát kiến trúc
Nút mạng
ME_AM_MO
Lớp mạng
ME_AM_MN
Miền quản trị
ME_AM_MD
Toàn cục LSDS
ME_AM_DS
MA
Nút mạng
Lớp mạng
Miền quản trị
Toàn cục LSDS
AM_MO
AM_MN
AM_MD
AM_DS
Hình 3.2. Mô hình giám sát kiến trúc LSDS
Thực thể giám sát ME_AM_MO thực hiện quan sát và thu thập
thông tin kiến trúc của nút mạng. Mỗi lớp mạng được giám sát có mô
hình AM_MN sẽ được thực hiện giám sát bởi thực thể ME_AM_MN.
ME_AM_MD thực hiện tổng hợp và tạo ra báo cáo giám sát cho miền
quản trị được giám sát, ME_AM_DS xây dựng kiến trúc tổng thể.
3.1.2 Mô hình thực thể giám sát hành vi
Mô hình thực thể giám sát hành vi
Nút mạng
ME_F_MO
Lớp mạng
ME_F_MN
Miền quản trị
ME_F_MD
Toàn cục LSDS
ME_F_DS
MA
Nút mạng
Lớp mạng
Miền quản trị
Toàn cục LSDS
F_MO
F_MN
F_MD
F_DS
Hình 3.3. Mô hình giám sát hành vi LSDS
Thực thể giám sát ME_F_MO thu thập thông tin về các trạng thái,
các hoạt động tương ứng của nút mạng. Mỗi lớp mạng được giám sát
sẽ được giám sát bởi một thực thể ME_F_MN. ME_F_MD thực hiện
16
tổng hợp và tạo ra các báo cáo giám sát cho miền quản trị, ME_F_DS
xây dựng báo cáo giám sát hành vi toàn cục LSDS.
3.1.3 Mô hình hệ thống đa tác tử giám sát
Mô hình giám sát tổng hợp kiến trúc và các hoạt động cơ bản của
LSDS được luận án nghiên cứu đề xuất là hệ thống đa tác tử giám sát,
được thiết kế như Hình 3.5 và 3.6.
Bảng 3.3 Danh sách tác tử giám sát
STT
Tác tử
Chức năng
Giám sát nút mạng
Giám sát lớp mạng
Giám sát miền quản trị
Giám sát toàn cục LSDS
1
TTMO
TTMN
TTMD
TTDS
2
3
4
TTMO
TTMN
TTMD
TTDS
Điều khiển
Chức năng
TTMO
Điều khiển
Chức năng
TTMN
Điều khiển
Chức năng
TTMD
Điều khiển
Chức năng
TTDS
DB
DB
DB
DB
Nút mạng
Lớp mạng
Miền quản trị
Toàn cục LSDS
MO
MN
MD
DS
Hình 3.5. Mô hình hệ thống tác tử giám sát
Ứng dụng giám sát MA cung cấp cho người quản trị các phiên quản
trị giám sát, qua đó người quản trị có thể tạo ra các yêu cầu giám sát
cụ thể. Đồng thời MA trình bày kết quả giám sát.
Điều khiển
Điều
khiển
TTMO
Điều khiển
TTMN
Điều khiển
TTMD
Điều khiển
TTDS
Điều khiển
Trì nh
bày
Chức năng
TTMO
Chức năng
TTMN
Chức năng
TTMD
Chức năng
TTDS
Người
quản trị
Phâ n
tí ch
Hoạt động giám sát
Hình 3.6. Mô hình tương tác của hệ thống giám sát
17
Hệ thống tác tử giám sát hoạt động tương tác truyền thông với nhau
theo 2 kênh độc lập: kênh điều khiển và kênh hoạt động giám sát.
Kênh điều khiển
Kênh hoạt động giám sát
3.2 Giải pháp giám sát cơ bản
3.2.1 Giải pháp giám sát kiến trúc
a. Phương pháp thực hiện
b. Giải pháp giám sát
Giải pháp AM_MONITOR: giám sát kiến trúc.
Với yêu cầu giám sát mức nút mạng:
Bước 1: khởi tạo tập thông tin các thành phần liên quan.
Bước 2: khai thác thông tin kiến trúc.
Bước 3: tạo báo cáo giám sát từ tập thông tin.
Với yêu cầu giám sát mức lớp mạng, miền quản trị và toàn
cục LSDS:
Bước 1: khởi tạo tập thông tin các thành phần liên quan.
Bước 2: khai thác thông tin kiến trúc.
Bước 3: thực hiện phân tích và tổng hợp thông tin giám
sát.
Bước 4: tạo báo cáo giám sát từ tập thông tin.
Kết thúc.
3.2.2 Giải pháp thu thập thông tin hành vi
a. Phương pháp thực hiện
b. Giải pháp giám sát
Giải pháp CFSM_MONITOR: giám sát hành vi.
Với yêu cầu giám sát thành phần cơ bản CP{PROCESS, CPU,
MEM, IO, HDD, NIC}:
Bước 1: khởi tạo tập thông tin liên quan hành vi.
Bước 2: khai thác thông tin hành vi từ hàm của F_OBJ.
Bước 3: tạo báo cáo giám sát từ tập thông tin.
18
Với yêu cầu giám sát mức nút mạng, lớp mạng, miền quản
trị và toàn cục LSDS:
Bước 1: khởi tạo tập thông tin liên quan hành vi.
Bước 2: khai thác thông tin hành vi từ hàm của F_OBJ.
Bước 3: thực hiện phân tích và tổng hợp thông tin.
Bước 4: tạo báo cáo giám sát từ tập thông tin.
Kết thúc.
3.2.3 Giải pháp hỗ trợ điều chỉnh tải cho hệ thống giám sát
a. Phương pháp thực hiện
b. Giải pháp hỗ trợ
Giải pháp ADJ_MOSERVER: điều chỉnh tải giám sát.
Với yêu cầu thực hiện tách tải:
Bước 1: xác định tập nút mạng GP làm quá tải giám
sát cho máy chủ S (tải >80% CPU).
Bước 2: xác định máy chủ giám sát S’
Bước 3: Thiết lập quyền giám sát S’ với tập các nút
mạng NODES GP, đảm bảo tải giám sát <=80% CPU.
- Loại bỏ tập các nút mạng NODES ra khỏi GP.
Bước 4: nếu GP≠, thì quay lại bước 2.
Bước 5: cập nhật thông tin quản trị liên quan.
Với yêu cầu thực hiện gộp tải:
Bước 1: xác định tập nút mạng GP sinh tải giám sát
cho các máy chủ S (tải <10% CPU).
Bước 2: xác định máy chủ giám sát S’S:
Bước 3: Thiết lập quyền giám sát S’ với tập các nút
mạng NODES GP, đảm bảo tải giám sát <=80% CPU.
- Loại bỏ tập các nút mạng NODES ra khỏi GP
và loại máy chủ S’ ra khỏi S.
Bước 4: nếu GP≠, thì quay lại bước 2.
Bước 5: cập nhật thông tin quản trị liên quan.
Kết thúc.
Tải về để xem bản đầy đủ
27 trang
15380
Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Tóm tắt Luận án Nghiên cứu mô hình giám sát trực tuyến cho hệ phân tán quy mô lớn", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- tom_tat_luan_an_nghien_cuu_mo_hinh_giam_sat_truc_tuyen_cho_h.pdf
