基于离散时间排队论的云系统中计算节点空闲能耗性能分析

发布时间：2017-05-17 03:00

  本文关键词：基于离散时间排队论的云系统中计算节点空闲能耗性能分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着云计算的快速发展,云数据中心不仅在数量上增加了很多,规模上也产生了迅速扩大,与此同时,能耗方面的问题也日益严重。引入关闭/休眠技术能够较好地解决因计算节点频繁地开启和关闭而造成的空闲能耗问题。关闭/休眠技术中的一个关键问题是如何配置延时定时器等参数的值来使系统的性能达到最优。本文将离散时间排队论引入到云系统单节点关闭/休眠技术的数学建模和性能分析中,研究了云系统中单节点相关的空闲能耗性能指标和关闭/休眠技术的配置参数间的关系。研究成果可为云系统中的关闭/休眠技术的参数配置提供理论依据。首先,构建关闭/休眠技术的数学排队模型。在归纳总结云系统单节点关闭/休眠技术工作原理的基础上,引入离散时间排队论的思想,将关闭/休眠技术中的单计算节点和任务请求分别抽象成离散时间排队论中的服务台和顾客到达,将计算节点的启动时间抽象为启动实施期,将计算节点的关闭时间抽象为关闭实施期,将计算节点的延迟关闭时间抽象为关停延迟期,完成云系统中关闭/休眠技术数学模型的抽象过程。其次,对于云系统中随机任务的请求,完成基于Geom/G/1排队模型的性能分析。基于关闭/休眠技术的工作原理,将随机任务的到达间隔刻画为具有无后效性的几何分布,假设随机任务的处理时间服从一般分布,研究云系统中单个计算节点,假设单计算节点的缓存空间无穷大,并引入启动实施、关停延迟、关闭实施机制,建立离散时间的带有启动实施延迟休假的Geom/G/1排队模型。利用嵌入马尔可夫链方法,导出了随机任务的平均响应时间、系统平均等待任务数、系统状态切换率、系统能耗节省率、系统运行效率等系统空闲能耗性能指标。给出数值例子,直观地分析了系统性能的指标与配置参数之间的依赖关系。最后,针对云系统中突发性质的任务请求,完成基于Geom/G/1ξ排队模型的性能分析。在对有启动机制的Geom/G/1排队模型理论分析的基础之上,结合随机任务请求的到来具有突发性,引入批量到达机制,建立了批量大小ξ服从Pareto(c,δ)分布,带有启动、关停、关闭机制的Geom/G/1ξ排队模型。利用嵌入马尔科夫链方法,完成了模型的理论分析,导出了系统中平均等待任务数、能耗节省率、系统状态切换率以及系统运行效率等系统空闲能耗指标的数学表达式。通过数值例子直观地展示了空闲能耗性能指标与系统配置参数之间的依赖关系,分析了突发性的大小对系统空闲能耗性能指标的影响。
【关键词】：云系统 单计算节点 离散时间排队论 关闭/休眠技术 性能分析 空闲能耗
【学位授予单位】：河南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O226
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-7
• abstract7-11
• 1 引言11-21
• 1.1 研究背景和意义11-14
• 1.1.1 研究背景11-13
• 1.1.2 研究意义13-14
• 1.2 国内外研究现状14-18
• 1.2.1 关闭/休眠技术研究现状14
• 1.2.2 排队论的研究现状14-18
• 1.3 主要工作及创新点18-19
• 1.4 论文组织结构19-21
• 2 云系统中的能耗优化管理技术21-25
• 2.1 关闭/休眠技术21
• 2.2 电压动态调整技术21-23
• 2.3 虚拟化技术23-24
• 2.4 本章小结24-25
• 3 基于Geom/G/1 模型的云系统计算节点空闲能耗性能分析25-45
• 3.1 Markov链25-26
• 3.2 模型的建立和描述26-29
• 3.2.1 模型的建立26-28
• 3.2.2 模型的描述28-29
• 3.3 模型的分析29-30
• 3.4 性能指标的理论分析30-35
• 3.4.1 系统中平均等待任务数30-31
• 3.4.2 系统平均响应时间31-32
• 3.4.3 系统状态切换率32-35
• 3.4.4 系统能耗节省率35
• 3.4.5 系统运行效率35
• 3.5 数值例子35-44
• 3.6 本章小结44-45
• 4 基于Geomξ/G/1 模型的云系统计算节点空闲能耗性能分析45-57
• 4.1 模型的建立和描述45-46
• 4.1.1 模型的建立45
• 4.1.2 模型的描述45-46
• 4.2 模型的分析46-47
• 4.3 性能指标的理论分析47-50
• 4.3.1 系统中平均等待任务数47-48
• 4.3.2 忙循环48-49
• 4.3.3 系统状态切换率49
• 4.3.4 系统能耗节省率49-50
• 4.3.5 系统运行效率50
• 4.4 数值例子50-56
• 4.5 两个模型的总结56-57
• 4.6 本章小结57
• 5 总结与展望57-61
• 5.1 总结57-58
• 5.2 展望58-61
• 参考文献61-65
• 作者简介65-67
• 学位论文数据集67

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