CloudSim仿真流程研究（一）

因为做实验需要用到host的负载信息，希望输出中包括host的CPU，RAM，storage，BW的使用率，所以研究一下。

用的例子是package org.cloudbus.cloudsim.examples中的CloudSimExample1。

直接运行一下看一下输出：

之后我用的是比较麻烦的方法以加深一下理解，将输出与代码对应起来，找到每一步是在哪运行的。

首先Starting CloudSimExample1...就不说了，是在CloudSimExample1中的主函数第一句进行输出的。之后是第一步初始化CloudSim包，这个操作要在创建任何实体（DC，broker）之前做，在cloudsim自带的例子中也是标准的第一步，这里有这一句：CloudSim.init(num_user, calendar, trace_flag);这个方法创建了一个CIS（CloudInformationService），之后整个程序的运行都在依托这个CIS来运行。

之后是第二部创建数据中心；

第三步创建代理；

第四步创建vm列表，然后把这个vmlist上传到broker中去；

第五步差不多，创建cloudlet，然后上传给broker。到此为止都是准备工作，之后程序的运行要去看broker里的代码。

第六步：开始仿真

CloudSim.startSimulation();这句代码开始仿真，点进去startSimulation()看其代码：

public static double startSimulation() throws NullPointerException {Log.printConcatLine("Starting CloudSim version ", CLOUDSIM_VERSION_STRING);try {double clock = run();// reset all static variablescisId = -1;shutdownId = -1;cis = null;calendar = null;traceFlag = false;return clock;} catch (IllegalArgumentException e) {e.printStackTrace();throw new NullPointerException("CloudSim.startCloudSimulation() :"+ " Error - you haven't initialized CloudSim.");}}

可以看到这段代码输出的一句“Starting CloudSim version”，与输出中的信息相对应。这段代码中运行的这一方法："double clock = run()",点进去看run()方法：

public static double run() {if (!running) {runStart();}while (true) {if (runClockTick() || abruptTerminate) {break;}// this block allows termination of simulation at a specific timeif (terminateAt > 0.0 && clock >= terminateAt) {terminateSimulation();clock = terminateAt;break;}if (pauseAt != -1&& ((future.size() > 0 && clock <= pauseAt && pauseAt <= future.iterator().next().eventTime()) || future.size() == 0 && pauseAt <= clock)) {pauseSimulation();clock = pauseAt;}while (paused) {try {Thread.sleep(100);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}}double clock = clock();finishSimulation();runStop();return clock;}

这个方法是开启仿真的主函数，但是需要在所有entity（DC，broker）启动之后才可以运行，所以该方法首先调用了runStart()方法：

public static void runStart() {running = true;// Start all the entitiesfor (SimEntity ent : entities) {ent.startEntity();}printMessage("Entities started.");}

该方法中，使用了一个for循环来调用每个entity（Datacenter，broker）的startEntity()方法，接下来就要去Datacenter和DatacenterBroker类中去看一下这两个entity的startEntitiy方法：

Datacenter：

public void startEntity() {Log.printConcatLine(getName(), " is starting...");// this resource should register to regional CIS.// However, if not specified, then register to system CIS (the// default CloudInformationService) entity.int gisID = CloudSim.getEntityId(regionalCisName);if (gisID == -1) {gisID = CloudSim.getCloudInfoServiceEntityId();}// send the registration to CISsendNow(gisID, CloudSimTags.REGISTER_RESOURCE, getId());// Below method is for a child class to overrideregisterOtherEntity();}

DatacneterBroker：

public void startEntity() {Log.printConcatLine(getName(), " is starting...");schedule(getId(), 0, CloudSimTags.RESOURCE_CHARACTERISTICS_REQUEST);}

这两个entity的启动都会输出一句”....is starting“，然后将自身的注册信息发送到CIS中。DatacenterBroker的方法中，调用了schedule的方法，将该event打上RESOURCE_CHARACTERISTICS_REQUEST的标签加入到了事件队列future中，future保存的是要运行的simevent队列。

在每个entity都启动完成后runStart()就会输出”Entities started.“

接着回到仿真运行的方法run()中去，在接下来的while循环中调用了方法runClockTick()，这是运行模拟一个时钟刻度的方法：

public static boolean runClockTick() {SimEntity ent;boolean queue_empty;int entities_size = entities.size();for (int i = 0; i < entities_size; i++) {ent = entities.get(i);if (ent.getState() == SimEntity.RUNNABLE) {ent.run();}}// If there are more future events then deal with themif (future.size() > 0) {List<SimEvent> toRemove = new ArrayList<SimEvent>();Iterator<SimEvent> fit = future.iterator();queue_empty = false;SimEvent first = fit.next();processEvent(first);future.remove(first);fit = future.iterator();// Check if next events are at same time...boolean trymore = fit.hasNext();while (trymore) {SimEvent next = fit.next();if (next.eventTime() == first.eventTime()) {processEvent(next);toRemove.add(next);trymore = fit.hasNext();} else {trymore = false;}}future.removeAll(toRemove);} else {queue_empty = true;running = false;printMessage("Simulation: No more future events");}return queue_empty;}

在该方法的第一个for循环中，每个entity调用方法run()，这个run()是类SimEntity中定义的run():

public void run() {SimEvent ev = evbuf != null ? evbuf : getNextEvent();while (ev != null) {processEvent(ev);if (state != RUNNABLE) {break;}ev = getNextEvent();}evbuf = null;}

这个方法中调用了方法”processEvent()"，这在SimEntity类中是一个抽象方法，需要子类具体去实现，接下来看DatacenterBroker中实现的processEvent()方法：

@Overridepublic void processEvent(SimEvent ev) {switch (ev.getTag()) {// Resource characteristics requestcase CloudSimTags.RESOURCE_CHARACTERISTICS_REQUEST:processResourceCharacteristicsRequest(ev);break;// Resource characteristics answercase CloudSimTags.RESOURCE_CHARACTERISTICS:processResourceCharacteristics(ev);break;// VM Creation answercase CloudSimTags.VM_CREATE_ACK:processVmCreate(ev);break;// A finished cloudlet returnedcase CloudSimTags.CLOUDLET_RETURN:processCloudletReturn(ev);break;// if the simulation finishescase CloudSimTags.END_OF_SIMULATION:shutdownEntity();break;// other unknown tags are processed by this methoddefault:processOtherEvent(ev);break;}}

broker中的这个方法会根据时间标签来调用不同的方法，在该例子中，首先根据标签RESOURCE_CHARACTERISTICS_REQUEST调用了processResourceCharacteristicsRequest方法，先输出日志“0.0: Broker: Cloud Resource List received with 1 resource(s)”。然后设定数据中心ID，将下一个事件（CloudSimTags.RESOURCE_CHARACTERISTICS:）的注册信息发送到CIS，将该事件加入到future队列中去。之后在run()方法的循环中再次调用DatacenterBroker的processEvent方法，找到对应的标签，调用对应的方法“processResourceCharacteristics”，这方法处理对数据中心请求的返回，之后发送创建vm的信息向CIS，也就是标签为“VM_CREATE_ACK”的事件(event)，之后以此类推，在DatacenterBroker的processEvent执行期间，像这样先执行一个事件，在执行该事件时将下一个事件添加到要执行的事件队列中去。

在方法“processVmCreate(ev)”中：

protected void processVmCreate(SimEvent ev) {int[] data = (int[]) ev.getData();int datacenterId = data[0];int vmId = data[1];int result = data[2];if (result == CloudSimTags.TRUE) {getVmsToDatacentersMap().put(vmId, datacenterId);getVmsCreatedList().add(VmList.getById(getVmList(), vmId));Log.printConcatLine(CloudSim.clock(), ": ", getName(), ": VM #", vmId," has been created in Datacenter #", datacenterId, ", Host #",VmList.getById(getVmsCreatedList(), vmId).getHost().getId());} else {Log.printConcatLine(CloudSim.clock(), ": ", getName(), ": Creation of VM #", vmId," failed in Datacenter #", datacenterId);}incrementVmsAcks();// all the requested VMs have been createdif (getVmsCreatedList().size() == getVmList().size() - getVmsDestroyed()) {submitCloudlets();} else {// all the acks received, but some VMs were not createdif (getVmsRequested() == getVmsAcks()) {// find id of the next datacenter that has not been triedfor (int nextDatacenterId : getDatacenterIdsList()) {if (!getDatacenterRequestedIdsList().contains(nextDatacenterId)) {createVmsInDatacenter(nextDatacenterId);return;}}// all datacenters already queriedif (getVmsCreatedList().size() > 0) { // if some vm were createdsubmitCloudlets();} else { // no vms created. abortLog.printLine(CloudSim.clock() + ": " + getName()+ ": none of the required VMs could be created. Aborting");finishExecution();}}}}

在所有VM都创建完毕之后，将cloudlet分配给vm：

protected void submitCloudlets() {int vmIndex = 0;List<Cloudlet> successfullySubmitted = new ArrayList<Cloudlet>();for (Cloudlet cloudlet : getCloudletList()) {Vm vm;// if user didn't bind this cloudlet and it has not been executed yetif (cloudlet.getVmId() == -1) {vm = getVmsCreatedList().get(vmIndex);} else { // submit to the specific vmvm = VmList.getById(getVmsCreatedList(), cloudlet.getVmId());if (vm == null) { // vm was not createdif(!Log.isDisabled()) {                    Log.printConcatLine(CloudSim.clock(), ": ", getName(), ": Postponing execution of cloudlet ",cloudlet.getCloudletId(), ": bount VM not available");}continue;}}if (!Log.isDisabled()) {Log.printConcatLine(CloudSim.clock(), ": ", getName(), ": Sending cloudlet ",cloudlet.getCloudletId(), " to VM #", vm.getId());}cloudlet.setVmId(vm.getId());sendNow(getVmsToDatacentersMap().get(vm.getId()), CloudSimTags.CLOUDLET_SUBMIT, cloudlet);cloudletsSubmitted++;vmIndex = (vmIndex + 1) % getVmsCreatedList().size();getCloudletSubmittedList().add(cloudlet);successfullySubmitted.add(cloudlet);}// remove submitted cloudlets from waiting listgetCloudletList().removeAll(successfullySubmitted);}

这个broker中的cloudlet分配只是简单的分配，分配完之后，该方法调用sendNow()将事件标签为“CLOUDLET_SUBMIT”加入事件列表中，这个事件由Datacenter来处理：

protected void processCloudletSubmit(SimEvent ev, boolean ack) {updateCloudletProcessing();try {// gets the Cloudlet objectCloudlet cl = (Cloudlet) ev.getData();// checks whether this Cloudlet has finished or notif (cl.isFinished()) {String name = CloudSim.getEntityName(cl.getUserId());Log.printConcatLine(getName(), ": Warning - Cloudlet #", cl.getCloudletId(), " owned by ", name," is already completed/finished.");Log.printLine("Therefore, it is not being executed again");Log.printLine();// NOTE: If a Cloudlet has finished, then it won't be processed.// So, if ack is required, this method sends back a result.// If ack is not required, this method don't send back a result.// Hence, this might cause CloudSim to be hanged since waiting// for this Cloudlet back.if (ack) {int[] data = new int[3];data[0] = getId();data[1] = cl.getCloudletId();data[2] = CloudSimTags.FALSE;// unique tag = operation tagint tag = CloudSimTags.CLOUDLET_SUBMIT_ACK;sendNow(cl.getUserId(), tag, data);}sendNow(cl.getUserId(), CloudSimTags.CLOUDLET_RETURN, cl);return;}// process this Cloudlet to this CloudResourcecl.setResourceParameter(getId(), getCharacteristics().getCostPerSecond(), getCharacteristics().getCostPerBw());int userId = cl.getUserId();int vmId = cl.getVmId();// time to transfer the filesdouble fileTransferTime = predictFileTransferTime(cl.getRequiredFiles());Host host = getVmAllocationPolicy().getHost(vmId, userId);Vm vm = host.getVm(vmId, userId);CloudletScheduler scheduler = vm.getCloudletScheduler();double estimatedFinishTime = scheduler.cloudletSubmit(cl, fileTransferTime);// if this cloudlet is in the exec queueif (estimatedFinishTime > 0.0 && !Double.isInfinite(estimatedFinishTime)) {estimatedFinishTime += fileTransferTime;send(getId(), estimatedFinishTime, CloudSimTags.VM_DATACENTER_EVENT);}if (ack) {int[] data = new int[3];data[0] = getId();data[1] = cl.getCloudletId();data[2] = CloudSimTags.TRUE;// unique tag = operation tagint tag = CloudSimTags.CLOUDLET_SUBMIT_ACK;sendNow(cl.getUserId(), tag, data);}} catch (ClassCastException c) {Log.printLine(getName() + ".processCloudletSubmit(): " + "ClassCastException error.");c.printStackTrace();} catch (Exception e) {Log.printLine(getName() + ".processCloudletSubmit(): " + "Exception error.");e.printStackTrace();}checkCloudletCompletion();}

在datacenter中对上传的任务处理完成后，broker中处理任务返回的信息：

protected void processCloudletReturn(SimEvent ev) {Cloudlet cloudlet = (Cloudlet) ev.getData();getCloudletReceivedList().add(cloudlet);Log.printConcatLine(CloudSim.clock(), ": ", getName(), ": Cloudlet ", cloudlet.getCloudletId()," received");cloudletsSubmitted--;if (getCloudletList().size() == 0 && cloudletsSubmitted == 0) { // all cloudlets executedLog.printConcatLine(CloudSim.clock(), ": ", getName(), ": All Cloudlets executed. Finishing...");clearDatacenters();finishExecution();} else { // some cloudlets haven't finished yetif (getCloudletList().size() > 0 && cloudletsSubmitted == 0) {// all the cloudlets sent finished. It means that some bount// cloudlet is waiting its VM be createdclearDatacenters();createVmsInDatacenter(0);}}}

最终清理Datacenters删除vm

之后在entity中调用shutdownEntity关掉DC和broker，打印结果。

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