基于彈性虛擬機池的數(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)成為計算機領(lǐng)域的研究熱點。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遷移實現(xiàn)負載整合，資源分配不夠準確合理。因此，

2、研究數(shù)據(jù)中心資源分配的動態(tài)性和合理性，同時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，降低整個數(shù)據(jù)中心的功耗。針對于這一需求，本文提出了彈性虛擬機池的構(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：
　　1）建立一種新的針對數(shù)據(jù)中心的能耗

3、管理框架-彈性虛擬機池模型（Elastic VM Pool）。該模型將數(shù)據(jù)中心的所有虛擬機進行統(tǒng)一管理，池中的每個虛擬機的CPU利用率、內(nèi)存利用率等狀態(tài)信息能夠被及時獲取，同時每臺虛擬機所能獲得的資源數(shù)量也能夠被限制和調(diào)整。
　　2）在彈性虛擬機池構(gòu)想的基礎(chǔ)上提高數(shù)據(jù)中心資源分配的動態(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的狀態(tài)信息，對整個數(shù)據(jù)中心的資源分配進行調(diào)節(jié)。在局部根據(jù)各個虛擬機的服務(wù)優(yōu)先級以及性能需求

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

5、機的創(chuàng)建過程中引起的能耗浪費。
　　3）實現(xiàn)對虛擬機資源分配和狀態(tài)的動態(tài)調(diào)整。主要包括：能夠伸縮虛擬機池中的資源，主要是對虛擬機的CPU資源和內(nèi)存資源進行調(diào)整；能夠?qū)μ摂M機進行實時遷移、掛起和恢復(fù)等操作，從而實現(xiàn)對整個數(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，在彈性虛擬機池框架中嵌入合理高效的算法，動態(tài)的調(diào)整每一個虛擬機獲得的資源以及物理機器的功耗狀態(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。
　　本論文首先驗證了提出的虛擬機快速部署策略的性能，結(jié)果顯示與虛擬機克隆技術(shù)相比，其只需要10％左右的時間和能耗就可以快速啟動虛擬機，然后在搭建的實驗環(huán)境中部署基于彈性虛擬機池的數(shù)據(jù)中心能耗管理框架，使用1998世界杯訪問記錄作為測試數(shù)據(jù)，對整個架構(gòu)的性能進行測試。實驗結(jié)果證實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)