绿色数据中心虚拟机放置与迁移算法研究

发布时间：2017-10-02 13:34

  本文关键词：绿色数据中心虚拟机放置与迁移算法研究

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【摘要】：随着数据中心在全球发展、扩大,数据中心能耗变成越来越迫切的问题,绿色数据中心(Green Data Center,GDC)概念应运而生。现代数据中心大多按照支持峰值负载来进行运营,规模庞大;而众多服务器和网络设备都长时间处于空闲或轻载状态,引起能源浪费。因此数据中心内合理的资源分配与使用是构建绿色数据中心的重要方法,特别是针对虚拟化技术支持下的现代数据中心。为达到节能目标,从资源分配角度主要有两类方法:虚拟机整合放置和虚拟机整合迁移。虚拟机整合放置方法的基本原理是把虚拟机尽可能放在一起,用最少的物理服务器来支持,从而达到节能的目的。但面向多租户应用时,整合会导致租户的可靠性降低。即,某一物理服务器的失效会影响租户的大部分应用。因此虚拟机在进行整合时需考虑租户的属性,避免同一租户的虚拟机放置在一个物理服务器上。同时,数据中心虚拟机间的流量需求是时变的,按峰值进行静态整合会导致资源利用率低,因此需结合需求的时变性从统计意义上进行高效的资源整合。虚拟机整合迁移基本原理是通过改变当前较低负载物理机上虚拟机的位置映射,尽可能将虚拟机迁移整合到最少的物理机上,达到节能。现有的虚拟机整合放置考虑了资源整合的迁移,却忽略了虚拟机带宽需求在网络中造成的代价。本文针对虚拟机放置和迁移研究了三个问题。(1)租户感知的虚拟机放置问题:为避免当某一物理服务器发生故障时造成某些租户的业务大部分受影响。我们在进行虚拟机整合放置时,考虑虚拟机的租户属性,将同一租户的虚拟机分散放置在尽可能多的物理机上。通过限制租户在同一物理服务器上放置的虚拟机个数,来有效降低了失效对租户业务产生的影响。针对有个数限制的虚拟机放置问题,提出了分组降序首次适应放置算法。该算法在保障租户可靠性前提下较好地达到了整合的目的。(2)动态业务流量感知的虚拟机放置问题:已有研究发现数据中心的虚拟机流量是动态变化的,且大部分在相对稳定的幅度内变化。本文用上下限取值区间随机变量来表示时变的流量。对数据中心的观测发现,每个时刻并非所有虚拟机都有达到峰值的流量变化。现有对每个虚拟机按照峰值进行静态资源分配会造成资源的极大浪费。本文拟从统计意义上进行鲁棒资源分配。考虑到所有虚拟机流量不会同时到峰值,用参数?控制流量同时到峰值的虚拟机数量,给出了基于?的二维资源分配鲁棒优化模型,并提出了一种启发式算法。仿真实验分析了?对所需资源的影响以及每个物理服务器上的带宽容量约束违反概率的影响。(3)流量感知的虚拟机迁移问题:在现有的虚拟机迁移解决方案中,跨机架的虚拟机间业务流量造成的网络代价常常被忽略,而现实中这已经是不可忽视的问题。因此虚拟机整合迁移除了优化物理机计算资源占用外,还需要考虑优化虚拟机流量造成的网络代价。同时,迁移过程会带来额外的功耗以及管理开销,因此还需要考虑迁移过程的代价。本文在进行虚拟机迁移时综合考虑了迁移完后的计算和网络资源代价以及迁移过程中的代价。针对这个多优化目标问题,本文提出了最小流量代价最优匹配的迁移算法。仿真结果表明该算法较好地达到了这三个优化目标的折中。
【关键词】：绿色数据中心 虚拟机放置 虚拟机迁移 租户感知 流量感知 动态流量 鲁棒优化
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TP302
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本文编号：959916