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虚拟机平台下虚拟资源的自适应分配策略与机制研究

发布时间:2020-07-07 13:52
【摘要】:虚拟化技术作为计算资源的一种抽象,将硬件和应用程序分离开来,通过数据中心进行细化和自动化系统配置,监控和管理,改变了传统计算机资源的人工管理配置,减少了错误率,提高了效率,降低了成本。它能够快速重新审定服务器的资源需求来最优化各个虚拟机的资源共享,进而满足应用程序的需求,并且对不断变化的事物条件进行更有效的响应,提高了故障隔离的性能,增强了客户VM(Virtual Machine)的独立性,强化了性能隔离。随着虚拟化技术的重新崛起和广泛应用,虚拟计算环境中,虚拟机上的资源分配管理问题,即如何根据上层负载的变化和资源需求动态分配资源,在满足应用负载QoS(quality of service)目标的同时,提高系统的资源利用率,降低管理的复杂度,减少使用的物理机器数量,节省资源,已成为目前的研究热点。 本文研究了虚拟机上的资源分配管理问题,详细介绍了虚拟化技术,Xen虚拟机以及资源管理中的预测方法等。对动态自适应资源分配策略和多机资源管理的已有研究进行了总结和归纳。在此基础上,本文建立了单个虚拟机上的动态资源分配管理器,提出了多机上的资源管理策略和相关算法。主要内容包括:(1)针对单机上的资源管理提出了自适应的动态资源分配管理机制,建立了资源分配控制管理模型。主要由控制器,判断器,分配器以及相关的分配规则构成。为了有效地控制虚拟机上资源的在线分配,提高虚拟机上资源的利用率,本文采用动态资源分配技术,将各种资源动态的分配到各个负载不断变化的虚拟机中。利用灰色预测模型,预测虚拟机上的资源分配值,通过调整灰色预测模型的边值条件,使预测更加准确。同时运用控制理论,反馈控制资源利用率值,使得系统自动的调节资源分配值,进而使资源利用率达到一定的理想水平。(2)针对多物理机器的资源管理,根据应用环境的不同,本文给出不同的资源管理模型和相关算法,设计了基于不同约束的资源分配管理器。综合考虑了迁移开销,资源利用率,负载均衡和机器数量等目标因素,针对虚拟机迁移,制定相关的迁移策略,将多机器的资源管理问题分阶段来考虑。基于有限资源量的分配管理,以QoS保证和一定利用率条件下的负载均衡为主要目标,由局部控制和全局控制两个阶段组成,提出了Sub-Virtual Machine Set(SVMS)和Migration算法,并且将SVMS算法的最优性进行了理论证明,保证了负载均衡和资源利用率,满足了应用程序的服务质量要求。(3)基于无限资源量的资源分配管理,在保证服务质量、最大化资源利用率和最小化迁移开销的前提下,由初始阶段确定需要迁移的虚拟机,提出了Search Virtual Machine(SVM)算法。第二阶段以最少的物理机器数量和最大化资源利用率为目标,制定相应的迁移方案,设计了Improved Migration(IM)算法,进行虚拟机的迁移,减少了机器的使用量,保证了一定的资源利用率。 本文对单机上的资源分配管理模型进行了Xen上CPU资源分配的控制实验,结果显示,当利用率目标随着时间而变化时,模型能够快速的追踪这种变化,从而使资源分配值也随之变化,不仅分配值能达到利用率目标的要求,而且利用率的收敛速度较快。而多机上的资源管理器的模拟仿真显示,SVMSM算法在资源利用率,迁移开销和均衡性等方面均取得了较大的改进,而SVMIM算法则在资源利用率、物理机器的使用量和系统能耗上都得到了较好的结果。
【学位授予单位】:杭州电子科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TP302
【图文】:

体系结构图,虚拟机,体系结构


不需要提供任何交互作用的支持。虚拟机监视器(Virtual Machine Monitor,VMM)是虚拟机技术的核心,典型的虚拟机模型如图1.1所示[9]。从图中我们可以看到VMM是一层位于操作系统和计算机硬件之间的代码,用来将硬件平台分割成多个虚拟机,它从本质上模拟了一台计算机。VMM运行在特权模式,主要作用是仲裁其上的各个操作系统对底层硬件的访问,VMM给每一个客户操作系统提供了一套虚拟平台接口。同时,它隔离并且管理上层运行的多个虚拟机,采用某种调度算法在各个虚拟机之间共享CPU。使用VMM可以将原本运行在物理机上的单一程序运行在虚拟机上,将多个虚拟机合并到几个物理平台上,这样用户能更灵活高效地配用计算机资源,并且有助于提高安全性能

预测过程,事物


图 2.1 预测过程根据某一事物过去的发展现律研究其未来的发展趋势,以可以提供未来的信息,为当前人们做出有利的决策提供依分类术和结果上可以分为定性方法和定量方法两种[36, 37]。探讨预测对象在未来所表现的性质,如事物发展的总体趋及其造成的影响等。它主要是通过对事物的过去及现在变经验和逻辑推理能力,对事物未来发展的趋势和状态做出或某种倾向可能出现,也可能不出现的一种事前推测。常,类推法,主观概率法等等。

自适应控制系统,基本结构


配控制管理,自适应控制理论可用于虚拟机上的资源分配管理问自主资源管理分配结构图。描述了一个单一的自主的相互作用。这里的资源(有时称为托管资源)是个单一的系统(甚至在一个应用系统),也可能是一种从资源中获得测量数据的方法,效应器提供一取传感器的数据,操作效应器,使资源得到更加自划和执行组件。这些组件的共同点是计算环境的知监测组件由内容过滤器和传感器数据关联组成。分问题的确定。规划建立工作流程,指定一个行为偏控制这些工作流的执行,如果有多个并发流,它会

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