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1、科技论文阅读与写作课程报告姓名：王鑫 学号：12349021 专业：信息安全1 论文的详细信息本次报告我选择的论文题目是Leveraging Checkpoint/Restore to Optimize Utilization of Cloud Compute Resources ，这篇文章来自 40th Annual IEEE Conference on Local Computer Networks。报告写于 2015 年，是一篇关于云计算的论文。报告是我在家通过中大 VPN，在 IEEE 的会议和期刊论文的检索网站http:/ecopyright.ieee.org/xplore 上找到的
2、。2 选择这篇论文的原因最近几年，云计算这个词语多次出现在老师的授课中和平时的生活中，但我一直什么是云计算是什么没有很深的理解，所以借着这次机会我就大概的看了看云计算相关的知识，并选择了这篇关于云计算的论文来作课程报告。这篇论文对于我难度适中，通过了解相关知识我基本上可以看懂作者研究的目的和研究的内容，以及相关的实验内容，所以我便选择这篇论文进行简要的介绍。3 论文的相关工作及作者的研究动机在作者利用亚马逊弹性计算云进行他的研究之前，已经有前人对亚马逊 EC2 平台做了一些研究。比如 Ou 等人此前在多种实例类型上研究了了亚马逊 EC2 开发硬件的异构性，但是主要集中在 m1.large 上。
3、G.Wang 等人在亚马逊数据中心研究了虚拟化的影响。虚拟机之间的迁移机制近几年已经被研究过了，例如 Di 等人已经使用一种可接受的检查点策略用于优化云应用的容错性。本文作者在上面两方面研究的基础上，对亚马逊 t1.micro 微实例进行性能测试，并将检查点机制应用于优化云计算的性能，降低花费。具体作者所讲述的自己的研究动机是因为，云计算服务器有各种各样的性能特征被云提供者所隐藏，因此对于云用户来说如何判断什么时候，在什么地点来运行自己的作业将会是最优的，这点是很困难的。所以作者本着最优化利用云计算资源的目的，进行了自己的研究。4 论文的主要工作要点作者的实验平台是亚马逊弹性计算云（EC2）
4、，亚马逊计算云是一个让使用者可以利用云端电脑运行所需应用的系统。EC2 借由提供 Web 服务的方式让使用者可以在虚拟机上运行自己想要的软件或应用程序。用户可以根据实际的需求调整云计算能力。在本篇论文中，作者就针对亚马逊 t1.micro 实例做了一系列的测试，分别测试短运行作业和长运行作业与运行时间地点之间的关联。发现了对于长运行作业，由于 CPU 节流会导致运行时间和成本的上升。于是作者针对这个问题，提出了解决方案。这个解决方案就是本篇论文的重点，简要来说它就是利用检查点/恢复来优化使用云计算资源。该方案是一个调度程序简要地以 Python 流程图表示如下：具体应用于实验平台上就是，如果
5、CPU 节流被检测到，首先用 AWS CLI（亚马逊服务 命令行接口）启动一个新的虚拟机，然后挂起作业并且为正在运行的基准测试设置检查点，拷贝所有需要的数据到新启动的虚拟机，恢复两个被挂起的基准测试和新启动的虚拟机上的调度程序。进行作业在虚拟机之间的迁移，当虚拟机之间的迁移完成后，关闭出现节流的虚拟机，在新启动的虚拟机上继续未完成的作业。针对这个解决方案，作者又做了一系列的测试，来证明该方案能够有效地解决因为CPU 节流而产生的作业运行时间和成本的上升。最后作者为评估调度程序的实用性，创建了两个仿真器。第一个仿真器可以通过使用可信追踪来控制状态转化，简单计算虚拟机在节流和正常（不节流）两种状态
6、下作业的运行时间。第二仿真器模拟我们的检查点/恢复方法，并用变量来表示迁移时间和节流检测时间。作者利用这两个仿真器进行了一系列的实验，并对比两个仿真器的实验结果 ，来全面评估调度程序的实用性。5 论文实验的主要过程及结论本文的实验主要分为三个个阶段，下面 5.1 到 5.3 具体对这三个阶段的实验做了详细介绍，并给出了实验结果及实验结果分析。5.1 性能测试性能测试分为短运行测试和 Ad-hoc 长运行测试。5.1.1 短运行测试多个短运行标准被用来测试亚马逊 t1.micro 实例虚拟机。具体进行的测试是：1.第一个性能测试是一个简单处理器模型检查。2.接下来的测试是 bogomips 测试
7、，一种由 Linus Torvalds 发明的快速繁忙循环测试。3.对于一个真实处理器的 LINPACK 基准测试。4.缓存读基准测试（用 bdparm-T） 。5.非缓存数据读基准测试（用 bdparm-T） 。6.原始磁盘写基准测试（用 Linux dd） 。7.fio 只读基准测试（包括随机读取性能） 。由虚拟机上的系统来自动执行每个基准测试，并传送结果到一个（非亚马逊的）被应用的数据存储设备中。这些虚拟机被配置为在最后一个基准测试执行完并且数据拷贝完之后再关闭。使用亚马逊网络服务（AWS）命令行接口（CLI）以一种自动化的方式启动和终止机器，在这种方式下测试完全是自动的，允许连续运行多
8、日不需要人机交互。进行短运行测试的 bogomips 测试结果如下面两张表所示，表 I 展示的是在不同地点的平均速度，其中%E5645 表示 Intel Xeon E5645 型 CPU 所占百分比。因为 t1.micro 实例中两种型号的 CPU 被观测，包括 Intel Xeon E5-2650 和 Intel Xeon E5645，其中 Intel Xeon E5645 占比较低，但是运行频率比 Intel Xeon E5-2650 要高，并且不同区域占比不一致，所以实验中特别指出了其占总的 CPU 的百分比。表 II 给出了不同区域的内存性能的观察结果观察表 I 可以看出 bogomi
9、ps 测试的结果稳定在 400 到 600 之间。但是不同地点之间的CPU 性能的确有一定差异。观察表 II 可以看出内存性能与地点也是相关的。综合观察表 I 和表 II，可以发现 ap-northeast-1 的 CPU 性能比其他地方要差一些，但是它的内存性能却是最好的。类似的 sa-east-1 的 CPU 性能较好，但是它的内存性能确实最差的。5.1.2 Ad-hoc 长运行测试Ad-hoc 实验是在较长的时间段内在虚拟机上不关机地重复运行上述基准测试，以测试因为 CPU-thorttling（cpu 因为温度过高，降低频率）而产生的速度减缓。一旦速度减缓被确认，另一个长运行测试将会被
10、实施。表 III 给出了没有使用调度程序的长运行测试得部分结果。从表中可以看出 Trial 3 中，当检测到节流行为时，执行基准测试的成本和时间都会上升。5.2 基于检查点机制的相关实验发现了对于长运行作业，由于 CPU 节流会导致运行时间和成本的上升。作者提出了一个解决方案，参照 4 论文的工作要点。应用该方案再次进行长运行测试，结果如下表 IV 所示。观察上表可以看出虽然有大量的迁移事件发生，但是实验结果中并没有出现 5.1.2 节中实验结果中出现的非常长的运行时间，和非常高的花费。这充分说明迁移机制可以有效降低因为节流而造成的运行时间和成本的上升。5.3 检查点 /恢复仿真通过对比 5.
11、1 和 5.2 的实验结果，可以看出使用调度程序对于特定类型的作业有明显的好处。为了评估调度程序对其他类型的作业的实用性，作者创建了两个仿真器。第一个仿真器可以通过使用可信追踪来控制状态转化，简单计算虚拟机在节流和正常（不节流）两种状态下作业的运行时间。第二仿真器模拟我们的检查点/恢复方法，并用变量来表示迁移时间和节流检测时间。仿真测试的部分结果如下表 VIII 所示：观察上表可以看出，sim2（检查点/ 恢复仿真器）的运行时间总是要比 sim1 少很多。但是由于迁移过程中，会同时用到两台虚拟机，所以造成双倍花费。所以当迁移时间增长时，sim2 在运行时间和资金花费上的优势也将很难保持。6 论
12、文工作与相关工作比较的主要特点虚拟机之间的迁移机制已经有前人研究过了，但是他们的研究的重点是提高云应用的可用性，而本文研究的重点是尝试着提高性能和降低资金的花费。7 论文的主要贡献与主要结论本篇论文中作者进行了三个阶段的实验，第一阶段针对亚马逊 t1.micro 实例做了一系列的测试，分别测试短运行作业和长运行作业与运行时间地点之间的关联。分析实验结果有两点发现：第一，在 EC2 微实例中，理想的可用区域的选择可以提高 CPU 或内存的性能，这点可以参照我在 5.1.1 节给出的实验结果和分析。第二，虽然低端资源的 CPU 性能不一致，但是当基准测试仅限于短运行作业时，CPU 的性能非常稳定。
13、实验的第二阶段是因为第一阶段的发现了对于长运行作业，由于 CPU 节流会导致运行时间和成本的上升。于是作者针对这个问题，提出了解决方案即利用调度程序实现作业在虚拟机之间的迁徙。实验结果显示迁移机制可以有效降低因为 CPU 节流而造成的运行时间和成本的上升。具体可以参照 5.2 节给出的实验结果和分析。实验的第三阶段是测试调度程序的实用性，或者说是普适性即调度程序是否可以适用于多种类型的作业。实验结论是调度程序的确实可以有效降低因为 CPU 节流而造成的运行时间和成本的上升，但是还有一点不足，即当迁移时间过长时，使用调度程序的作业在运行时间和资金花费上的优势也将很难保持。作者最后大概的阐述了一下自己继续改进调度程序的实用性的目标。8 个人感想与心得本来以为看懂一篇英文的科技论文会很困难，但是通过这次亲身尝试，我发现并没有我想像中的那么困难。这一点应该算是我完成这篇课程报告最重大的收获吧，好多事情必须要亲身实践，才会发现自己其实是能够完成的。通过这次阅读英文科技论文我发现，要读懂一篇论文，首先要明确作者在这篇论文中所要研究内容，这一点可以从概要和介绍中了解到，之后大概浏览整篇论文，了解这篇论文的结构，之后看懂整篇论文便是水到渠成了。
