基于虚拟机整合的数据中心能耗节约与网络优化机制

发布时间：2017-06-06 15:16

  本文关键词：基于虚拟机整合的数据中心能耗节约与网络优化机制，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着各种云服务规模的不断增长,能耗节约和网络性能已经成为现代数据中心中最重要研究问题中的两个。近几年来的研究工作一般会把这两个问题分开考虑。其中,能耗节约主要集中于减少服务器能耗,即利用虚拟机整合,把虚拟机放置到更少数量的服务器上从而减少总体能耗。而网络性能方面的研究通常会致力于提高网络的扩展性和能源效率,即通过使用新的网络拓扑结构或路由方案让来提高数据中心网络的扩展性以及通过流量整合和动态网络来提高其能源效率。然而,很明显,对虚拟机进行整合会对数据中心网络中的流量分布产生影响,而流量分布是直接与数据中心网络的扩展性和节能潜力相关的。因此,可以在进行虚拟机整合时,同时考虑减少服务器能耗和提高数据中心网络的扩展性以及节能潜力。又因为数据中心网络的扩展性是数据中心扩展性的瓶颈,这样一来,通过虚拟机整合,不仅可以减少数据中心能耗,还能提高数据中心的整体扩展性。因此,我们提出在减少服务器能耗的同时也提高网络性能表现。在本篇论文中,我们并没有忽略虚拟机迁移代价。为了定量分析虚拟机迁移代价,我们在拥有6个服务器的实验平台上,利用VMware管理软件进行虚拟机实时迁移,并对服务器能耗进行实时监测,然后根据实验结果定义了虚拟机迁移代价的成本函数。同样,我们对服务器能耗和网络流量代价的代价函数进行了定义。基于这些代价函数,我们正式定义了虚拟机复合兼并问题。我们证明了虚拟机复合兼并问题是NP完全的,并且除非P=NP,否则虚拟机复合兼并问题以3/2-ε因子不可近似。接下来,我们提出NICE算法来解决虚拟机复合兼并问题。NICE由三个子程序构成,分别为FirstFit-Decr、Kernighan-Lin以及Greedy-Map。大量的仿真实验结果证明了NICE算法的有效性。总体来说,尽我们所知,我们是第一篇把虚拟机整合与网络性能优化以及迁移代价结合起来的研究工作。
【关键词】：云计算 数据中心 虚拟机整合 能耗节约 迁移代价
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP308
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-12
• 主要符号对照表12-13
• 第一章 绪论13-25
• 1.1 论文研究背景和意义13-14
• 1.2 国内外相关研究工作14-25
• 1.2.1 服务器节能方面14-16
• 1.2.2 数据中心网络16-22
• 1.2.3 本章小结22-25
• 第二章 相关技术介绍25-39
• 2.1 云计算25-29
• 2.1.1 私有云25-26
• 2.1.2 公有云26
• 2.1.3 混合云26
• 2.1.4 云计算主要特性26-27
• 2.1.5 服务模式27-29
• 2.1.6 整体架构29
• 2.2 数据中心29-32
• 2.2.1 数据中心网络31-32
• 2.3 虚拟化32-37
• 2.3.1 虚拟机技术32-35
• 2.3.2 虚拟机实时迁移35-37
• 2.4 本章小结37-39
• 第三章 虚拟机复合兼并问题分析以及问题建模39-51
• 3.1 问题分析39-44
• 3.1.1 服务器能耗分析39-41
• 3.1.2 数据中心网络的流量代价41-42
• 3.1.3 虚拟机迁移代价42-44
• 3.2 问题建模以及计算复杂性分析44-48
• 3.2.1 最优化问题44-46
• 3.2.2 计算复杂度分析46-48
• 3.2.3 不可近似性证明48
• 3.3 本章小结48-51
• 第四章 算法NICE以及相应仿真实验51-63
• 4.1 NICE51-55
• 4.1.1 First Fit-Decr子程序52-53
• 4.1.2 Kernighan-Lin子程序53-54
• 4.1.3 Greedy-Map子程序54-55
• 4.2 模拟实验55-61
• 4.2.1 实验设定55-57
• 4.2.2 模拟实验结果57-61
• 4.3 本章小结61-63
• 全文总结63-64
• 参考文献64-68
• 致谢68-69
• 攻读学位期间发表的学术论文目录69-70
• 攻读学位期间参与的项目70-72

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本文编号：426750