云計(jì)算環(huán)境下的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器集群節(jié)能技術(shù)研究和綠色配置策略設(shè)計(jì).pdf

1、隨著社會(huì)對云計(jì)算需求的持續(xù)擴(kuò)大,規(guī)模巨大的數(shù)據(jù)中心不斷被建立,而維護(hù)其運(yùn)行需要大量的能量。隨著傳統(tǒng)能源的逐漸枯竭和價(jià)格的飛漲,維護(hù)運(yùn)行數(shù)據(jù)中心的費(fèi)用將會(huì)超過購買系統(tǒng)硬件的費(fèi)用。因此如何高能效地運(yùn)行數(shù)據(jù)中心是一個(gè)亟待解決的問題。近年來的研究熱點(diǎn)是基于“綠色”配置理念,即使得數(shù)據(jù)中心的能量消耗與系統(tǒng)負(fù)載成正比。然而,當(dāng)前的云計(jì)算數(shù)據(jù)中心(比如HOTMAIL和微軟研究院)也遠(yuǎn)達(dá)不到這個(gè)目標(biāo),甚至系統(tǒng)空閑時(shí)的能量消耗也達(dá)到其峰值的一半左右。由于

2、面向云計(jì)算的數(shù)據(jù)中心一般由大量服務(wù)器組成,一種廣泛被國內(nèi)外學(xué)者接受的有效綠色配置方式,是使用軟件動(dòng)態(tài)的調(diào)整活躍服務(wù)器數(shù)量與系統(tǒng)負(fù)載相匹配;在進(jìn)行系統(tǒng)任務(wù)調(diào)度時(shí)進(jìn)行合理的分配負(fù)載使得某些服務(wù)器,在較低負(fù)載時(shí)間段內(nèi)無需承擔(dān)任何任務(wù)進(jìn)程,從而進(jìn)入低功耗模式以節(jié)約能源。本文的研究對象為同構(gòu)服務(wù)器組成的數(shù)據(jù)中心,將其服務(wù)運(yùn)行過程劃分為若干時(shí)間周期,根據(jù)每個(gè)周期內(nèi)的負(fù)載信息基于歷史統(tǒng)計(jì)或在線預(yù)測獲得,將“綠色配置”策略分為離線算法和在線算法。離線算

3、法適用于每個(gè)周期負(fù)載已知的情況,其最優(yōu)化結(jié)果一方面提供活躍服務(wù)器數(shù)量精準(zhǔn)的評估,另一方面為在線算法設(shè)置了較好的預(yù)測基礎(chǔ)。
　　首先在任意周期內(nèi)考慮操作能耗以及在相鄰周期之間考慮切換能耗,建立了數(shù)據(jù)中心能耗最小化數(shù)學(xué)模型;針對模型中出現(xiàn)的非線性約束,通過公式重建的方法進(jìn)行簡化。作為后續(xù)討論最優(yōu)離線算法的基礎(chǔ),首先對兩種特殊情況(無操作能耗和無切換能耗)下的最優(yōu)解進(jìn)行討論,進(jìn)一步引出一般情況下的最優(yōu)解特性,并給出了相關(guān)引理及證明過程。

4、
　　其次,給出了服務(wù)器綠色配置的最優(yōu)離線算法。算法基于整數(shù)動(dòng)態(tài)規(guī)劃思想,一般具有指數(shù)復(fù)雜度。通過消除動(dòng)態(tài)規(guī)劃中的遞推過程,其具有多項(xiàng)式復(fù)雜度。針對于不同負(fù)載變化趨勢的數(shù)值結(jié)果表明,所提最優(yōu)離線算法能保證能耗達(dá)到最小的同時(shí)計(jì)算過程平穩(wěn)。
　　最后,針對工作負(fù)載可能遇到的最差情況,設(shè)計(jì)了在線算法,該算法沿用了滾動(dòng)時(shí)域控制的思想。通過仿真與最優(yōu)離線算法的結(jié)果進(jìn)行比較,得出在線算法為近似最優(yōu)的結(jié)論。
　　保持合適數(shù)量的活躍服