基于彈性虛擬機(jī)池的數(shù)據(jù)中心能耗管理框架優(yōu)化.pdf

1、數(shù)據(jù)中心的能耗管理近年來越來越受到人們的重視，已經(jīng)成為計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。隨著虛擬化技術(shù)的逐漸成熟，其已經(jīng)開始被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代的數(shù)據(jù)中心中。虛擬化技術(shù)使得數(shù)據(jù)中心易于管理，也極大地提高了服務(wù)的可靠性并且在一定程度上提高了資源的利用率。然而隨之而來的問題是應(yīng)用于傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心能耗管理解決方案并不能直接應(yīng)用于采用了虛擬化技術(shù)的現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心。目前存在的一些能耗管理方案，過分單純的依賴于使用虛擬機(jī)遷移實(shí)現(xiàn)負(fù)載整合，資源分配不夠準(zhǔn)確合理。因此，

2、研究數(shù)據(jù)中心資源分配的動(dòng)態(tài)性和合理性，同時(shí)提供一套完整的能耗管理框架具有十分重要的研究意義。
　　本課題源于國家自然基金項(xiàng)目，希望通過現(xiàn)有的成熟的虛擬化技術(shù)構(gòu)建一種有效的數(shù)據(jù)中心能耗管理框架，使資源分配更趨于合理化和智能化，降低整個(gè)數(shù)據(jù)中心的功耗。針對(duì)于這一需求，本文提出了彈性虛擬機(jī)池的構(gòu)想并在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了一種新的數(shù)據(jù)中心能耗管理框架。
　　本論文主要的研究和創(chuàng)新包括以下幾點(diǎn)：
　　1）建立一種新的針對(duì)數(shù)據(jù)中心的能耗

3、管理框架-彈性虛擬機(jī)池模型（Elastic VM Pool）。該模型將數(shù)據(jù)中心的所有虛擬機(jī)進(jìn)行統(tǒng)一管理，池中的每個(gè)虛擬機(jī)的CPU利用率、內(nèi)存利用率等狀態(tài)信息能夠被及時(shí)獲取，同時(shí)每臺(tái)虛擬機(jī)所能獲得的資源數(shù)量也能夠被限制和調(diào)整。
　　2）在彈性虛擬機(jī)池構(gòu)想的基礎(chǔ)上提高數(shù)據(jù)中心資源分配的動(dòng)態(tài)性和合理性。本文中提出的能耗管理架構(gòu)通過收集到的所有虛擬機(jī)的狀態(tài)信息，對(duì)整個(gè)數(shù)據(jù)中心的資源分配進(jìn)行調(diào)節(jié)。在局部根據(jù)各個(gè)虛擬機(jī)的服務(wù)優(yōu)先級(jí)以及性能需求

4、的不同，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)虛擬機(jī)獲得資源，在保證服務(wù)質(zhì)量的前提下優(yōu)化局部物理資源分配；在整體上通過負(fù)載整合，提高資源利用率。文中的架構(gòu)提出了兩種負(fù)載整合策略，針對(duì)數(shù)據(jù)中心時(shí)刻變化的負(fù)載進(jìn)行靈活應(yīng)用。這兩種策略分為在低負(fù)載情況下通過虛擬機(jī)遷移實(shí)現(xiàn)負(fù)載整合，降低整體功耗；在高負(fù)載情況下，通過負(fù)載遷移策略減少虛擬機(jī)遷移帶來的額外開銷。同時(shí)本文中實(shí)現(xiàn)了一種虛擬機(jī)的快速部署策略，能在極短的時(shí)間內(nèi)創(chuàng)建并啟動(dòng)虛擬機(jī)對(duì)外提供服務(wù)，在保證服務(wù)質(zhì)量的同時(shí)降低了在虛擬

5、機(jī)的創(chuàng)建過程中引起的能耗浪費(fèi)。
　　3）實(shí)現(xiàn)對(duì)虛擬機(jī)資源分配和狀態(tài)的動(dòng)態(tài)調(diào)整。主要包括：能夠伸縮虛擬機(jī)池中的資源，主要是對(duì)虛擬機(jī)的CPU資源和內(nèi)存資源進(jìn)行調(diào)整；能夠?qū)μ摂M機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)遷移、掛起和恢復(fù)等操作，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)數(shù)據(jù)中心功耗狀態(tài)的調(diào)整。
　　4）研究資源分配算法和策略。根據(jù)采集得到的數(shù)據(jù)信息，在彈性虛擬機(jī)池框架中嵌入合理高效的算法，動(dòng)態(tài)的調(diào)整每一個(gè)虛擬機(jī)獲得的資源以及物理機(jī)器的功耗狀態(tài)，使得資源的分配更加合理有效，在保

6、證服務(wù)質(zhì)量的前提下，最大程度上降低數(shù)據(jù)中心的能耗。
　　本論文首先驗(yàn)證了提出的虛擬機(jī)快速部署策略的性能，結(jié)果顯示與虛擬機(jī)克隆技術(shù)相比，其只需要10％左右的時(shí)間和能耗就可以快速啟動(dòng)虛擬機(jī)，然后在搭建的實(shí)驗(yàn)環(huán)境中部署基于彈性虛擬機(jī)池的數(shù)據(jù)中心能耗管理框架，使用1998世界杯訪問記錄作為測(cè)試數(shù)據(jù)，對(duì)整個(gè)架構(gòu)的性能進(jìn)行測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)該框架能夠在保證服務(wù)質(zhì)量的前提下，減少5.5%的功耗，實(shí)現(xiàn)了優(yōu)化資源分配的合理性，提高資源利用率，降低數(shù)