云计算数据中心服务器节能调度研究

发布时间：2019-12-05 12:21

【摘要】：云计算服务的飞速普及促使数据中心数量如雨后春笋一般快速增长,当前的数据中心为满足一定的系统性能、保证高资源利用率和确保服务的弹性范围使大量的空闲服务器存在,对于数据中心的能耗造成巨大的浪费,使整体的运营成本增高。降低数据中心服务器能耗能有效的减少整体的电能开销,对服务器在运行时从节能角度对服务器的耗能进行合理的调度,在保证不降低用户的服务质量时,最大程度地减少服务器运行所消耗的能量。目前数据中心的资源调度着重对资源利用率的提高,存在能量利用率低,能耗成本高等问题。本文通过将空闲服务器调度至一种低功耗的睡眠状态以减少电能的浪费。分别对异构服务器组成的集群和同构服务器构成的集群进行节能降耗研究,主要做了以下工作:在服务器单睡眠模式能耗调度问题中,在服务器异构的情况下,本文对如何降低服务器能耗进行了研究。分析服务器在不同状态下的功耗特点以及状态转换的能耗开销,结合请求的动态变化建立了服务器单睡眠能耗调度模型。针对能耗模型的优化目标,运用“在满足用户请求的条件下安排尽可能多的服务器进入睡眠状态”的思想,设计了滑动窗口选择调度算法。采用真实的数据中心服务器运行日志进行实验仿真,与当前较常采用的能耗调度策略AlwaysOn、Reactive和SoftReactive进行比较。实验结果表明与未进行睡眠调度的AlwaysOn策略相比,滑动窗口选择调度算法在请求平均响应时间增加了约40%的情况下,将调度周期的能耗降低了约10%。针对服务器多睡眠模式下服务器调度问题,本文分析了活跃状态、睡眠状态与转换状态下服务器集群的电能消耗,并建立了服务器多睡眠模式能耗调度模型。定义能耗调度时的优化目标,将能耗调度问题转换为整数线性规划问题,运用分治思想将问题规模减小,并提出了回溯更新算法解决子调度周期的“断点”问题,最后求得服务器能耗调度的最优解。在服务器状态定义上,通过引入ACPI定义的计算机多种睡眠状态,不同睡眠状态下的功耗与转换开销各不相同。由于多睡眠能耗调度问题的规模巨大,通过将调度时间划分为多个长度相同的子调度周期降维,每个子调度周期采用线性优化引擎Cplex求解最优解。对于子调度周期间的“断点”问题,提出了回溯更新算法对决策变量进行了重新更新保证求解的正确性。在MATLAB仿真下,与数据中心常用的能耗调度策略进行对比,回溯更新算法能明显降低数据中心的能耗开销。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TP308

【参考文献】