云數(shù)據(jù)中心中虛擬機放置和實時遷移研究.pdf

1、云計算是一種新的商業(yè)計算模型和服務模式，它將計算任務分布在大量計算機構(gòu)成的資源池上，使用戶能夠按需獲取計算能力、存儲空間和信息服務。目前，云計算已經(jīng)在網(wǎng)絡(luò)搜索、科學計算、虛擬環(huán)境、能源和生物信息等領(lǐng)域開始了相關(guān)的應用和探索。
　　隨著云計算的發(fā)展，云計算基礎(chǔ)設(shè)施的規(guī)模正在急劇地變大。云計算數(shù)據(jù)中心通常擁有成千上萬臺物理結(jié)點，在其上運行著各種各樣的服務和應用程序。在這些系統(tǒng)中，具有不同資源請求和動態(tài)工作負載的各種應用程序共享著數(shù)據(jù)中

2、心的資源。虛擬化技術(shù)則通過允許計算系統(tǒng)按需分配資源和動態(tài)遷移工作負載的方式來支持數(shù)據(jù)中心的資源共享。然而，由系統(tǒng)規(guī)模的增加帶來系統(tǒng)管理的復雜性和系統(tǒng)內(nèi)在的動態(tài)性，對云計算數(shù)據(jù)中心中的虛擬機資源管理來說具有很大的挑戰(zhàn)性。
　　本文在全面地分析云計算技術(shù)和數(shù)據(jù)中心資源管理研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，重點對云計算數(shù)據(jù)中心中虛擬機的放置和實時遷移展開了相關(guān)研究，并取得了一些創(chuàng)新和成果。本文的主要研究內(nèi)容及創(chuàng)新點為:
　　1、提出多目標優(yōu)化的虛

3、擬機初始化放置策略。首先給出云計算基礎(chǔ)設(shè)施中虛擬機放置的管理框架，并將虛擬機初始化放置問題定義為一個多目標優(yōu)化問題。然后提出基于最大最小螞蟻系統(tǒng)和排除法的虛擬機放置問題的多目標優(yōu)化蟻群算法。該算法是一種分布式優(yōu)化方法，有利于并行計算;并且具有正反饋機制，通過信息素的不斷更新可以高效地收斂到最優(yōu)解。實驗結(jié)果證明，與傳統(tǒng)的啟發(fā)式方法和遺傳算法相比，提出的多目標優(yōu)化虛擬機放置蟻群算法能夠在多個相互沖突的目標之間實現(xiàn)最優(yōu)權(quán)衡和折衷，使得在發(fā)生S

4、LA違背概率較少的情況下，系統(tǒng)的資源浪費和電源消耗也較少。
　　2、提出多目標優(yōu)化的虛擬機動態(tài)管理方法。在管理過程中，系統(tǒng)考慮提高用戶服務質(zhì)量、減少資源競爭和降低電源消耗等3個目標。管理方法主要解決由于系統(tǒng)條件的改變或應用負載的動態(tài)變化所引起的虛擬機重新分配問題，即決策什么時候進行虛擬機遷移、遷移哪些虛擬機和被遷移的虛擬機放置到哪些物理結(jié)點上。在決定何時進行虛擬機遷移的問題上，系統(tǒng)針對不同的優(yōu)化目標設(shè)置高低門限值，并采用滑動窗口和

5、時間序列趨勢預測法來判斷是否觸發(fā)虛擬機的遷移;在選擇哪些虛擬機進行遷移的問題上，系統(tǒng)根據(jù)不同的優(yōu)化目標分別采取不同的策略來選擇虛擬機進行遷移;在選擇將虛擬機遷移到哪些物理結(jié)點的問題上，系統(tǒng)采用解決多準則決策分析方法中的TOPSIS方法來選擇物理結(jié)點，目的是為了均衡系統(tǒng)中多個目標之間的沖突。實驗結(jié)果證明，采用TOPSIS方法的多目標優(yōu)化管理方法能夠得到較低的SLA違背率，較小的資源負載和較少的電源消耗，并且很好地平衡了不同目標之間的沖突。

6、
　　3、提出一種虛擬機快速實時遷移方法。首先通過對預拷貝方法模型進行公式化描述和性能分析，在預拷貝方法中增加用于標記改動頻繁內(nèi)存頁的頁位圖。然后在迭代過程中采用時間序列方法對內(nèi)存頁進行判斷:對于在本輪變臟，并且在之前的迭代中變臟的次數(shù)超過給定次數(shù)的內(nèi)存頁，則標記為改動頻繁的內(nèi)存頁。這些標記過的內(nèi)存頁將只會在最后一輪迭代中傳輸，從而避免了內(nèi)存頁的反復重傳。實驗結(jié)果證明，與預拷貝方法相比，改進后的預拷貝方法明顯地減少了遷移時間和傳輸