專利名稱：虛擬化服務(wù)器集群的電源和性能管理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及緑色計算領(lǐng)域，尤其是ー種基于虛擬化技術(shù)的數(shù)據(jù)中心性能和能耗的層次管理系統(tǒng)，具體地，涉及虛擬化服務(wù)器集群的電源和性能管理系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近年來能耗問題日益突顯，數(shù)據(jù)中心整體性能與節(jié)能管理的制約關(guān)系也受到更多企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)的關(guān)注。目前主要利用以下幾方面的技術(shù)對數(shù)據(jù)中心進(jìn)行調(diào)度和管理控制技術(shù)，用于對物理資源使用情況的優(yōu)化控制和有效分配，實現(xiàn)系統(tǒng)整體性能的優(yōu)化；能耗管理技術(shù)，根據(jù)資源的利用率構(gòu)建合理的能耗管理系統(tǒng)，準(zhǔn)確估算服務(wù)器集群的用電情況。利用這些技術(shù)，可以從資源利用率、系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)、系統(tǒng)整體能耗等方面對數(shù)據(jù)中心進(jìn)行有效的管理。另外，在保持應(yīng)用隔離性的同時，虛擬化技術(shù)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用到了數(shù)據(jù)中心，用來更方便地提供應(yīng)用且使資源復(fù)用更加便利。伴隨著虛擬化技術(shù)而來的一個關(guān)鍵的挑戰(zhàn)是 對分配給虛擬機(jī)的共享資源的實時監(jiān)控與對虛擬機(jī)以最小代價滿足服務(wù)質(zhì)量目標(biāo)能力的管理。現(xiàn)有技術(shù)中的一些開源軟件能夠為虛擬化服務(wù)器集群提供管理功能，例如OpenNEbula,是ー款針對不同虛擬化平臺(Xen、VMware、KVM)為數(shù)據(jù)中心虛擬化提供開源エ業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的管理工具。但是，該管理工具僅提供一些基礎(chǔ)的資源管理功能，并沒有對虛擬機(jī)的調(diào)度提供高效實用的控制方法，對系統(tǒng)資源的合理利用效果不明顯；另外，其對虛擬化集群的能耗管理并沒有給出相應(yīng)措施，對數(shù)據(jù)中心整體的節(jié)能管理也有待改進(jìn)。數(shù)據(jù)中心管理最重要的目標(biāo)之一就是通過最小化電源消耗和應(yīng)用的服務(wù)級協(xié)議違規(guī)，來最大化數(shù)據(jù)中心的收益。但是目前在共享基礎(chǔ)設(shè)施的條件下，由于系統(tǒng)的動態(tài)性很難同時在兩方面都達(dá)到優(yōu)化目標(biāo)。前期的工作基本上只注重其中的一方面，抑或是只適用于特定應(yīng)用負(fù)載的離線模型。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提出一套虛擬服務(wù)器集群性能和能耗的層次化管理系統(tǒng)，利用線性編程技術(shù)設(shè)計資源和能耗的管理系統(tǒng)，解決了數(shù)據(jù)中心性能和能耗不兼顧的問題，在最小化虛擬數(shù)據(jù)中心能耗的同時確保應(yīng)用級服務(wù)的性能要求。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的本發(fā)明提供一種虛擬化服務(wù)器集群的電源和性能管理系統(tǒng)，包括如下模塊采集模塊，其用于采集虛擬化服務(wù)器集群的運(yùn)行數(shù)據(jù)；性能優(yōu)化模塊，其用于利用所述運(yùn)行數(shù)據(jù)，根據(jù)原始的能耗和資源利用率的關(guān)系，對虛擬機(jī)的性能和資源利用情況進(jìn)行能效建模，輸出虛擬機(jī)的資源配置參數(shù)；能耗優(yōu)化模塊，其用于接收來自所述性能優(yōu)化模塊的所述虛擬機(jī)的資源配置參數(shù)，并根據(jù)所述虛擬機(jī)的資源配置參數(shù)建立能耗模型，根據(jù)資源閾值的限制條件和虛擬機(jī)調(diào)度限制條件，對虛擬機(jī)進(jìn)行調(diào)度和資源的再分配。
所述的運(yùn)行數(shù)據(jù)CPU的利用率、內(nèi)存利用率，有效的CPU和內(nèi)存資源的大小，電能消耗。所述的數(shù)據(jù)采集的具體操作方式利用虛擬化技術(shù)監(jiān)控平臺提供的基礎(chǔ)功能，采集虛擬化服務(wù)器的CPU、內(nèi)存利用情況，并作為輸入傳入性能優(yōu)化模塊，通過性能優(yōu)化算法控制分配給虛擬機(jī)的資源，將性能優(yōu)化模塊的輸出作為能耗優(yōu)化模塊的輸入，通過能耗優(yōu)化算法，進(jìn)一步對虛擬機(jī)進(jìn)行調(diào)度和資源的再分配，以減少集群系統(tǒng)的能耗。所述的性能優(yōu)化資源控制方案根據(jù)資源的原始利用情況和性能的歷史數(shù)據(jù)，構(gòu)建資源模型預(yù)估器，采用二階自回歸滑動平均控制方式，對當(dāng)前所需資源和性能進(jìn)行合理的預(yù)估；通過加入優(yōu)化控制方案，確定具體的資源分配調(diào)度方案和優(yōu)化性能的數(shù)據(jù)；通過調(diào)用Xen的接口進(jìn)行調(diào)度，并將相關(guān)資源的利用情況傳遞給能耗優(yōu)化模塊以進(jìn)一步確定虛擬機(jī)的分配方案。
所述的預(yù)估器系統(tǒng)方案二階自回歸滑動平均控制方式Qt (k) =aht (k) Qt (k_l) +a2，t (k) Qt (k_2)+b0, t (k) Uat (k) +b1； t (k) Uat (k_l) +et (k)其中t表示節(jié)點(diǎn)；Qt (k)是在k時刻性能的實際值；Qt (k-n)是在k-n時刻性能的測量值，由系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)確定；Uat(k)是第k時刻的資源利用數(shù)據(jù)；Uat(k_l)是第k-Ι時刻的資源利用數(shù)據(jù)；et(k)是預(yù)估器的誤差，由測量值和預(yù)估值的誤差決定t(k)、a2,t(k)、b0, t (k)和b1;t(k)為系統(tǒng)參數(shù)。所述的性能優(yōu)化控制方式采用的效用函數(shù)
權(quán)利要求
1.一種虛擬化服務(wù)器集群的電源和性能管理系統(tǒng)，其特征在于，包括如下模塊 采集模塊，其用于采集虛擬化服務(wù)器集群的運(yùn)行數(shù)據(jù)； 性能優(yōu)化模塊，其用于利用所述運(yùn)行數(shù)據(jù)，根據(jù)原始的能耗和資源利用率的關(guān)系，對虛擬機(jī)的性能和資源利用情況進(jìn)行能效建模，輸出虛擬機(jī)的資源配置參數(shù)； 能耗優(yōu)化模塊，其用于接收來自所述性能優(yōu)化模塊的所述虛擬機(jī)的資源配置參數(shù)，并根據(jù)所述虛擬機(jī)的資源配置參數(shù)建立能耗模型，根據(jù)資源閾值的限制條件和虛擬機(jī)調(diào)度限制條件，對虛擬機(jī)進(jìn)行調(diào)度和資源的再分配。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的虛擬化服務(wù)器集群的電源和性能管理系統(tǒng)，其特征在于，所述運(yùn)行的數(shù)據(jù)包括如下任一個或任多個數(shù)據(jù) CPU的利用率； 內(nèi)存利用率； 有效的CPU和內(nèi)存資源的大??； 電能消耗。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的虛擬化服務(wù)器集群的電源和性能管理系統(tǒng)，其特征在于，所述性能優(yōu)化模塊，具體地包括如下任一個或任多個特征 根據(jù)資源的原始利用情況和性能的歷史數(shù)據(jù)，構(gòu)建資源模型預(yù)估器，采用二階自回歸滑動平均控制方式，對當(dāng)前所需資源和性能進(jìn)行合理的預(yù)估； 采用優(yōu)化控制方式，確定具體的資源分配調(diào)度方案和優(yōu)化性能的數(shù)據(jù)； 通過調(diào)用Xen的接口進(jìn)行調(diào)度，并將相關(guān)資源的利用情況傳遞給能耗優(yōu)化模塊以進(jìn)一步確定虛擬機(jī)的分配方案。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的虛擬化服務(wù)器集群的電源和性能管理系統(tǒng)，其特征在于，所述二階自回歸滑動平均控制方式，具體為 Qt (k) Za1, t (k) Qt (k_l) +a2，t (k) Qt (k_2) +b0, t (k) Uat (k) +b1； t (k) Uat (k_l) +et (k) 其中t表示節(jié)點(diǎn)；Qt(k)是在k時刻性能的實際值；Qt(k-n)是在k-n時刻性能的測量值，由系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)確定；Uat(k)是第k時刻的資源利用數(shù)據(jù)；Uat(k_l)是第k-Ι時刻的資源利用數(shù)據(jù)；et(k)是資源模型預(yù)估器的誤差，由測量值和預(yù)估值的誤差決定a2； t (k) > b0j t (k)和 b1;t(k)為系統(tǒng)參數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的虛擬化服務(wù)器集群的電源和性能管理系統(tǒng)，其特征在于，所述優(yōu)化控制方式，具體為 采用效用函數(shù) Δ, = (Qi (k) - (Γ, ) + q(Ur, (k) - Ua1 (/< — I))2 =^pc + cIlKc 其中Qt(k)是在k時刻性能的實際值是用戶設(shè)定的性能目標(biāo)值；Urt(k)是經(jīng)過控制器優(yōu)化的虛擬機(jī)需求資源的值；q是控制器的穩(wěn)定因子，在[O，I]之間變化；Uat(k_l)是第k-Ι時刻的資源利用數(shù)據(jù)； 根據(jù)采集的每個虛擬機(jī)的實際資源分配數(shù)據(jù)Uat (k)和Uat (k-Ι)，以及性能數(shù)據(jù)Qt (k)、Qt(k-1)，采用最小遞歸二乘法估算中間參數(shù)auGO、a2，t(k) >b0；t(k)和Id1,t(k)的值,確立性能和資源分配之間的模型； 利用性能目標(biāo)值QMf，計算效用函數(shù)At取得最小值時的UrtGO，也即利用之前時刻的已分配資源值和性能目標(biāo)值來估算需分配給虛擬機(jī)最優(yōu)資源Urt(k)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的虛擬化服務(wù)器集群的電源和性能管理系統(tǒng)，其特征在于，參考單臺物理服務(wù)器的能耗同CPU利用率的線性模型，將其改進(jìn)成整個虛擬化集群的能耗模型，通過加入兩組整數(shù)參數(shù)Ixij, yj，實時調(diào)度分配在物理服務(wù)器上的虛擬機(jī)以達(dá)到服務(wù)器集群整體能耗的最小化，具體地 改進(jìn)的線性規(guī)劃模型
全文摘要
本發(fā)明提供一種虛擬化服務(wù)器集群的電源和性能管理系統(tǒng)，包括模塊采集模塊，其用于采集虛擬化服務(wù)器集群的運(yùn)行數(shù)據(jù)；性能優(yōu)化模塊，其用于利用所述運(yùn)行數(shù)據(jù)，根據(jù)原始的能耗和資源利用率的關(guān)系，對虛擬機(jī)的性能和資源利用情況進(jìn)行能效建模，輸出虛擬機(jī)的資源配置參數(shù)；能耗優(yōu)化模塊，其用于接收來自所述性能優(yōu)化模塊的所述虛擬機(jī)的資源配置參數(shù)，并根據(jù)所述虛擬機(jī)的資源配置參數(shù)建立能耗模型，根據(jù)資源閾值的限制條件和虛擬機(jī)調(diào)度限制條件，對虛擬機(jī)進(jìn)行調(diào)度和資源的再分配。本發(fā)明結(jié)合控制理論與線性編程技術(shù)，能夠在保證應(yīng)用性能的基礎(chǔ)上帶來可觀的節(jié)能效果。尤其是，性能控制器和能量優(yōu)化器集成能夠產(chǎn)生節(jié)能43%的效果。
文檔編號G06F9/50GK102759984SQ201210195208
公開日2012年10月31日 申請日期2012年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月13日
發(fā)明者宦飛, 戚正偉, 武裕斌, 管海兵, 高永強(qiáng) 申請人:上海交通大學(xué)