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基于自适应容器池的无服务器计算冷启动优化研究

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基于自适应容器池的无服务器计算冷启动优化研究

作者：王子轲华中科技大学

学位级别：硕士

无服务器计算平台以函数粒度提供服务,用户只需专注于业务逻辑代码编写并为函数执行消耗的资源按需付费。无服务器计算平台在函数执行之前需为函数实例分配资源并完成函数实例的冷启动,包括代码下载、容器创建和函数运行环境初始化三个... 详细信息

无服务器计算平台以函数粒度提供服务,用户只需专注于业务逻辑代码编写并为函数执行消耗的资源按需付费。无服务器计算平台在函数执行之前需为函数实例分配资源并完成函数实例的冷启动,包括代码下载、容器创建和函数运行环境初始化三个阶段,这增加了请求的端到端延迟,影响了用户体验。并且,当函数执行完成后,无服务器计算平台通常会销毁函数实例并回收资源,因此在下次调用函数时仍会经历冷启动。针对上述问题,本文提出了基于自适应容器池的无服务器计算冷启动优化方案Ace,包含了基于优先级队列的容器池、自适应容器池的动态调整策略以及文件的共享缓存和并行拉取机制三部分。基于优先级队列的容器池可以降低冷启动发生的频率或冷启动的延迟,通过预热和复用容器的方式尽可能避免容器创建,根据请求命中容器内存中已导入依赖的累计命中率对容器进行优先级排序,当请求到来时,通过局部极大命中率查找策略优先为函数实例查找并分配包含所需依赖的容器。自适应容器池的动态调整策略通过周期性监控感知请求量的变化,结合系统内存资源的使用情况,主动对容器池的容量进行伸缩,在匹配请求速率的前提下尽可能降低容器池的内存占用。文件的共享缓存和并行拉取机制进一步缩短了函数运行环境初始化的时间,通过在本地缓存代码文件和函数依赖实现文件的复用,并以绑定挂载的方式实现多容器共享访问,针对嵌套依赖的情况,提出了并行广度优先检索和并行下载安装的策略加速依赖的下载和安装。因此,Ace能有效缓解冷启动带来的问题,降低请求的端到端延迟。测试结果表明,相较于开源的无服务器计算平台Open Lambda,Ace将请求的平均端到端延迟最多降低69.79%;相较于使用固定大小容器池的策略,Ace能有效应对负载变化,在更小的内存开销的情况下使请求的平均端到端延迟最多降低了24.1%。

关键词：云计算无服务器计算冷启动容器自适应容器池

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无服务器计算的现状以及所面临的挑战

网络安全技术与应用 2019年第12期 84-85页

作者：胡聪丛中国五矿集团有限公司

无服务器计算已经成为应用和服务部署领域的新技术规范.它代表了云编程模型、抽象和平台的最新演化成果.本文将从技术角度阐述无服务器计算的发展现状以及其面临的诸多挑战.

关键词：无服务器计算架构事件处理系统

大数据时代无服务器计算在科技情报服务中的应用

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中华医学图书情报杂志 2021年第7期30卷 39-45页

作者：谢栋胡洋秦利军事科学信息研究中心北京100142

无服务器计算和科技情报的有机结合可形成数据、服务、应用的生态闭环,有助于为未来科技情报工作的发展提供有力支撑。研究分析了云计算在当前科技情报服务中的弊端和基于无服务器计算的科技情报服务平台的优势,总结了科技情报服务的基... 详细信息

无服务器计算和科技情报的有机结合可形成数据、服务、应用的生态闭环,有助于为未来科技情报工作的发展提供有力支撑。研究分析了云计算在当前科技情报服务中的弊端和基于无服务器计算的科技情报服务平台的优势,总结了科技情报服务的基本流程和无服务器计算在科技情报服务系统中的应用经验,结合大数据、无服务器计算等技术和科技情报服务方法论构建了基于无服务器计算的科技情报服务系统模型和架构,为今后构建无服务器科技情报服务系统的相关研究与实践提供新思路。

关键词：科技情报服务大数据云计算无服务器计算

面向无服务器计算的边缘算力网络服务体系研究

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信息通信技术 2022年第2期16卷 40-45页

作者：张岩何涛易昕昕曹畅康凯中国联通研究院北京100048 中国联合网络通信集团有限公司北京100033

算力网络是云网融合技术的演进和发展,为用户提供算网一体的服务。文章基于云原生中轻量化的无服务器计算模式,以函数功能为边缘算力服务能力,提出面向无服务器计算的边缘算力网络服务体系架构,阐述架构中的功能需求、体系架构、部署方... 详细信息

算力网络是云网融合技术的演进和发展,为用户提供算网一体的服务。文章基于云原生中轻量化的无服务器计算模式,以函数功能为边缘算力服务能力,提出面向无服务器计算的边缘算力网络服务体系架构,阐述架构中的功能需求、体系架构、部署方案等相关内容,并完成算力网络服务平台原型部署和业务验证,实现上层应用对无服务器计算边缘算力的能力调用,验证轻量化算力的应用与边缘算力网络能力开放的问题。

关键词：无服务器计算边缘算力网络服务体系

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基于无服务器边缘计算下的服务负载调度算法

计算机应用研究 2024年第3期41卷 811-817,841页

作者：高明陈国扬浙江工商大学信息与电子工程学院杭州310018

随着边缘计算的不断发展,其在资源管理配置方面逐渐出现相关问题,无服务器计算作为一种新的方式可以有效解决边缘计算的相关问题。然而,无服务器计算不具备在分布式边缘场景中高效处理请求所需服务负载调度的能力,针对这一问题,提出了... 详细信息

随着边缘计算的不断发展,其在资源管理配置方面逐渐出现相关问题,无服务器计算作为一种新的方式可以有效解决边缘计算的相关问题。然而,无服务器计算不具备在分布式边缘场景中高效处理请求所需服务负载调度的能力,针对这一问题,提出了一种基于无服务器边缘计算的服务负载调度算法(service load scheduling algorithm,SLSA)。SLSA的核心是通过隐式建模充分考虑了动态变化的节点状态、负载调度器放置等影响因素来优化整体时延,然后通过改进的平滑加权轮询调度(smooth weighted round robin,SWRR)算法进行服务调度。经仿真实验分析,SLSA在资源消耗上有着明显下降,同时在单城市场景与多城市场景下均有良好的性能表现,其中在单城市场景中相对于集中式轮询调度(round robin centralized,RRC)算法提升了43.01%,在多城市场景中提升了53.81%。实验结果表明,SLSA可以有效降低资源消耗率并提升性能。

关键词：边缘计算无服务器计算负载调度性能对比

云边协同环境下面向负载时间窗口的无服务器应用资源分配方法

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计算机科学 2024年

作者：张铭豪肖博怀郑松陈星福州大学计算机与大数据学院福建省网络计算与智能信息处理重点实验室福州大学电气工程与自动化学院福州大学工业自动化控制技术与信息处理福建省高校重点实验室

随着云边协同环境中的计算需求日益多样化，以虚拟机为最小资源粒度的传统计算架构暴露出灵活性不足、成本效益低下等问题。无服务器计算作为一种具有出色扩展性与灵活性的新兴计算架构，为解决上述问题提供了新的思路。针对云边协同环... 详细信息

随着云边协同环境中的计算需求日益多样化，以虚拟机为最小资源粒度的传统计算架构暴露出灵活性不足、成本效益低下等问题。无服务器计算作为一种具有出色扩展性与灵活性的新兴计算架构，为解决上述问题提供了新的思路。针对云边协同环境下面向负载时间窗口的无服务器应用资源分配问题，提出了一种规则引导下基于协同进化算法的无服务器应用资源分配方法RARCA。该方法考虑某资源调整时刻及未来一段时间的工作负载情况，运用规则引导的分布式资源更新机制，实现计算资源的动态分配与调整。同时，利用协同进化机制的信息共享与协同优化能力，使得算法能够高效搜索全局最优的资源分配方案，显著提升了整体资源分配方案的实时性和有效性。实验结果表明，RARCA能够以秒级的决策时间获得更优质的资源分配方案，相比于基准方法在资源分配的性能上提高了2.8%～14.5%。

关键词：云边协同资源分配负载时间窗口无服务器计算协同进化算法

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无服务器边缘计算网络平台的设计与实现

无服务器边缘计算网络平台的设计与实现

作者：梁成昊北京邮电大学

学位级别：硕士

随着网络技术的蓬勃发展以及移动设备、智能终端的普及,各类互联网应用(例如增强/虚拟现实、高清视频)不断涌现。考虑到将所有计算任务委托给远端云资源难以满足应用的时延、能耗需求,业界提出边缘计算的概念,即在用户终端的网络边缘部... 详细信息

随着网络技术的蓬勃发展以及移动设备、智能终端的普及,各类互联网应用(例如增强/虚拟现实、高清视频)不断涌现。考虑到将所有计算任务委托给远端云资源难以满足应用的时延、能耗需求,业界提出边缘计算的概念,即在用户终端的网络边缘部署云计算资源,对计算任务进行就近处理。另一方面,云原生编程和无服务器架构提供了一种新的软件开发和运营方式,使开发人员无需关注底层服务器即可构建应用程序和服务,并且具备自动扩缩容的能力,可以实现资源的按需分配。边缘设备往往存在资源紧张的问题,在边缘环境中引入无服务器计算可以有效降低资源消耗,同时改善边缘基础设施的运维管理问题。因此,边缘计算与无服务器计算的融合已成为互联网发展的重要趋势,具有巨大的应用前景。目前的无服务器计算框架主要为云计算设计,而边缘计算场景中无服务器计算的应用还有待研究。如何将边缘计算和无服务器计算结合,设计无服务器边缘计算网络平台架构,并基于架构实现无服务器边缘计算网络平台,是本文主要研究的问题。本文首先根据边缘计算和无服务器计算的特性,分析平台的设计需求,然后针对设计需求提出了无服务器边缘计算网络平台架构。对于所提架构,本文基于ONOS、Knative、OpenFaaS等开源框架设计并实现了资源编排管理子系统、边缘网络控制子系统以及无服务器计算服务管理子系统,并阐述了各子系统的功能模块和实现细节。最后进行系统测试,验证各功能模块的有效性。本文结合无服务器计算、软件定义网络等技术,设计了集资源编排、网络控制和弹性服务于一体的无服务器边缘计算网络平台,能够降低资源消耗,同时简化应用程序的开发和运维。

关键词：边缘计算无服务器计算软件定义网络应用编排虚拟化

基于OpenFaaS的无服务器工作流系统设计

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无线互联科技 2024年第10期21卷 21-24页

作者：甘凌霄南京航空航天大学计算机科学与技术学院江苏南京210000

无服务器计算以低成本和高灵活性的云计算模式吸引了大量用户,越来越多的无服务器应用程序开发人员倾向于将复杂的应用程序解耦为松耦合函数的工作流。目前,受厂商锁定的限制,无服务器工作流框架存在扩展性不强以及不同平台之间函数应... 详细信息

无服务器计算以低成本和高灵活性的云计算模式吸引了大量用户,越来越多的无服务器应用程序开发人员倾向于将复杂的应用程序解耦为松耦合函数的工作流。目前,受厂商锁定的限制,无服务器工作流框架存在扩展性不强以及不同平台之间函数应用迁移成本高的问题。文章从减少应用迁移成本和提高系统扩展性角度出发,提出了一个基于OpenFaaS的无服务器工作流系统,旨在方便地扩展不同平台的无服务器计算框架,实现同时使用不同平台无服务器函数的功能。

关键词：无服务器计算工作流 OpenFaaS

无服务器环境下基于DQN和用户意图的函数放置研究

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计算机应用研究 2023年第12期40卷 3747-3753,3759页

作者：徐东红花旭中国矿业大学计算机科学与技术学院江苏徐州221116 矿山数字化教育部工程研究中心江苏徐州221116

随着无服务器计算技术的快速发展,无服务器计算以其按需付费、自动扩展等特性吸引了越来越多用户的关注,研究人员正在探索将无服务器架构应用于日渐完善的边缘计算系统。然而,在分布式的无服务器系统中如何有效地进行无服务器函数放置... 详细信息

随着无服务器计算技术的快速发展,无服务器计算以其按需付费、自动扩展等特性吸引了越来越多用户的关注,研究人员正在探索将无服务器架构应用于日渐完善的边缘计算系统。然而,在分布式的无服务器系统中如何有效地进行无服务器函数放置并为用户提供优质的服务仍是该领域一个亟需解决的问题。采用基于用户意图的DQN(deep Q-network)无服务器函数放置算法来解决分布式无服务器系统中的函数放置问题。该算法将用户意图作为学习目标,利用DQN算法进行函数放置的优化。仿真实验表明,基于用户意图的DQN无服务器函数放置算法在计算时延和放置开销方面显著降低。相较于传统方法,该算法能够有效满足用户的不同需求,并取得了较好的函数放置效果,在分布式无服务器系统中具有较高的适应性和性能优势。

关键词：云计算无服务器计算深度强化学习用户意图函数放置