本文選題：綠色云計(jì)算 + 資源調(diào)度�。� 參考：《南京大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：近年來(lái),隨著云計(jì)算技術(shù)的不斷發(fā)展,云數(shù)據(jù)中心硬件規(guī)模不斷膨脹,云數(shù)據(jù)中心的能耗問題得到了學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的廣泛關(guān)注,如何實(shí)現(xiàn)綠色云計(jì)算成為推動(dòng)云計(jì)算產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的關(guān)鍵問題。作為云數(shù)據(jù)中心資源分配與管理的重要技術(shù)手段,虛擬化資源調(diào)度技術(shù)為實(shí)現(xiàn)綠色云計(jì)算提供了強(qiáng)有力的支撐。一方面,虛擬化資源調(diào)度可以有效地確保云計(jì)算按需獲取、按需計(jì)費(fèi)等技術(shù)特征,實(shí)現(xiàn)用戶對(duì)于資源QoS (Quality of Service,服務(wù)質(zhì)量)的彈性需求；另一方面,基于虛擬化資源調(diào)度,可以從節(jié)能優(yōu)化的角度,有效地支持綠色云計(jì)算的應(yīng)用實(shí)施,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心的綠色節(jié)能。虛擬化資源調(diào)度技術(shù),從技術(shù)上為綠色云計(jì)算的實(shí)施提供了可行的應(yīng)用途徑。但是,當(dāng)前綠色云計(jì)算的研究工作,重點(diǎn)關(guān)注的是節(jié)能方面,經(jīng)常忽略云數(shù)據(jù)中心在資源調(diào)度過程中服務(wù)質(zhì)量與能耗內(nèi)在的影響關(guān)系,尤其是與能耗有關(guān)的服務(wù)質(zhì)量保障技術(shù),如用戶對(duì)服務(wù)的QoS增強(qiáng)需求和能耗控制的關(guān)系、規(guī)模龐大且復(fù)雜化的虛擬機(jī)遷移與個(gè)性化且多樣化的服務(wù)請(qǐng)求之間的協(xié)調(diào)關(guān)系等。針對(duì)這種應(yīng)用需求,支持綠色云計(jì)算的資源調(diào)度主要面臨如下挑戰(zhàn)：1)傳統(tǒng)的QoS評(píng)估體系中尚未考慮云服務(wù)的能耗因素,進(jìn)行能耗優(yōu)化的資源調(diào)度過程中,需要考慮QoS增強(qiáng)的需求；2)為了實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排,云數(shù)據(jù)中心面臨復(fù)雜、動(dòng)態(tài)變化的虛擬機(jī)遷移請(qǐng)求,在資源調(diào)度過程中需要權(quán)衡考慮虛擬機(jī)遷移引起能耗優(yōu)化與性能衰減；3)云平臺(tái)中部署海量具有不同資源請(qǐng)求特征的應(yīng)用,需要根據(jù)應(yīng)用個(gè)性化的資源需求,進(jìn)行應(yīng)用實(shí)現(xiàn)。針對(duì)上述面向綠色云計(jì)算的資源調(diào)度所面臨的挑戰(zhàn),本文對(duì)支持綠色云計(jì)算的資源調(diào)度方法及關(guān)鍵技術(shù)展開研究,主要工作包括以下幾項(xiàng)：1)為實(shí)現(xiàn)云數(shù)據(jù)中心節(jié)能減排,本文提出了一個(gè)支持綠色云計(jì)算的資源調(diào)度框架,該框架分為五個(gè)層次,自下而上分別為硬件層、虛擬化層、資源調(diào)度方法層、資源調(diào)度技術(shù)、以及應(yīng)用實(shí)現(xiàn)層。具體而言,硬件層主要是指分布在云數(shù)據(jù)中心底層的硬件設(shè)施、空調(diào)制冷設(shè)備以及通風(fēng)設(shè)備等,用于響應(yīng)云服務(wù)過程中所需要的各種資源需求。虛擬化層主要是為不同類型的應(yīng)用提供不同的虛擬機(jī)實(shí)例,也為云數(shù)據(jù)中心管理提供各種技術(shù)支撐。根據(jù)虛擬化層提供的虛擬機(jī)資源以及支撐技術(shù),資源調(diào)度方法層主要為云數(shù)據(jù)中心提供QoS增強(qiáng)的高能效調(diào)度方法。資源調(diào)度技術(shù)層則是為了優(yōu)化資源調(diào)度過程,選擇對(duì)虛擬機(jī)性能以及能耗權(quán)衡最優(yōu)的資源調(diào)度方案。最后,應(yīng)用實(shí)現(xiàn)層主要針對(duì)部署到云平臺(tái)上運(yùn)行的具有個(gè)性化資源需求和調(diào)度特性的應(yīng)用,進(jìn)行高能效的資源分配與調(diào)度。2)為了滿足能耗優(yōu)化的過程中用戶對(duì)服務(wù)質(zhì)量增強(qiáng)的需求,本文提出了一個(gè)支持綠色云計(jì)算QoS服務(wù)增強(qiáng)的資源調(diào)度方法。具體而言,本文首先提出了一個(gè)云環(huán)境下的能耗模型,對(duì)任務(wù)執(zhí)行過程中的能耗進(jìn)行詳細(xì)分析和計(jì)算。基于該能耗模型,通過能耗感知的虛擬機(jī)調(diào)度實(shí)現(xiàn)了對(duì)低功耗物理機(jī)空余空間的充分利用,將高能耗物理機(jī)上的虛擬機(jī)遷移到低能耗物理機(jī)上運(yùn)行,再通過關(guān)閉空載的物理機(jī)達(dá)到節(jié)省能耗的目的,從而降低了數(shù)據(jù)中心的成本開銷。若將節(jié)約的成本部分讓利于用戶,則能從降低云服務(wù)價(jià)格的角度,讓用戶體驗(yàn)執(zhí)行價(jià)格的動(dòng)態(tài)優(yōu)化效果。然后,通過執(zhí)行時(shí)間感知的虛擬機(jī)調(diào)度將低性能物理機(jī)上運(yùn)行的虛擬機(jī)遷移到高性能物理機(jī)上運(yùn)行,縮短了部署在虛擬機(jī)上的計(jì)算任務(wù)的執(zhí)行時(shí)間,使用戶更直接體驗(yàn)了執(zhí)行時(shí)間動(dòng)態(tài)優(yōu)化的應(yīng)用效果；最后通過設(shè)計(jì)遷移剪枝策略,優(yōu)化了調(diào)度過程中的虛擬機(jī)遷移次數(shù),實(shí)現(xiàn)了QoS增強(qiáng)的虛擬機(jī)調(diào)度。3)針對(duì)云數(shù)據(jù)中心虛擬機(jī)遷移帶來(lái)的能耗節(jié)約優(yōu)勢(shì)和性能衰減問題,本文研究了支持綠色云計(jì)算的能耗與性能權(quán)衡的資源調(diào)度技術(shù)。具體而言,為了量化虛擬機(jī)遷移技術(shù)對(duì)能耗以及虛擬機(jī)性能帶來(lái)的影響,分別構(gòu)建了面向虛擬機(jī)遷移的能耗模型和性能衰減模型。進(jìn)一步,為了歸一化能耗與性能兩個(gè)資源調(diào)度指標(biāo),引入簡(jiǎn)單加權(quán)法(Simple Additive Weighting, SAW)和多準(zhǔn)則決策(Multiple Criteria Decision Making, MCDM)兩種技術(shù)對(duì)能耗與性能兩個(gè)指標(biāo)進(jìn)行了歸一化處理。然后,針對(duì)云數(shù)據(jù)中心虛擬機(jī)的分布情況,對(duì)虛擬機(jī)遷移策略進(jìn)行啟發(fā)式搜索。最后,根據(jù)歸一化處理后的效用函數(shù),確定了最終優(yōu)化的虛擬機(jī)遷移策略,實(shí)現(xiàn)了云環(huán)境下能耗與性能權(quán)衡的虛擬機(jī)調(diào)度。4)從性能驗(yàn)證的角度出發(fā),對(duì)支持綠色云計(jì)算的科學(xué)工作流應(yīng)用進(jìn)行了分析與研究,驗(yàn)證了上述研究?jī)?nèi)容的有效性與可擴(kuò)展性。具體而言,首先根據(jù)科學(xué)工作流的個(gè)性化特征進(jìn)行資源需求分析,并分析了科學(xué)工作流執(zhí)行過程中所產(chǎn)生的各方面能耗。進(jìn)而,構(gòu)建物理機(jī)資源使用表,并及時(shí)追蹤分析了科學(xué)工作流中的子任務(wù)所占用的物理資源情況。然后,根據(jù)科學(xué)工作流的個(gè)性化資源需求進(jìn)行靜態(tài)的資源分配,使得任務(wù)初始分配階段資源利用率最高,且所占用的物理機(jī)數(shù)量最優(yōu)。最后,在任務(wù)執(zhí)行的過程中,針對(duì)分配資源的動(dòng)態(tài)變化的情況,利用虛擬機(jī)實(shí)時(shí)遷移技術(shù)對(duì)虛擬機(jī)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)度,實(shí)現(xiàn)了科學(xué)工作流在動(dòng)態(tài)執(zhí)行過程中的高能效目標(biāo)。
[Abstract]:In recent years , with the development of cloud computing technology , the scale of cloud data center hardware is expanding continuously , and the energy consumption of cloud data center has been widely paid attention to by the academic community and industry . How to realize the green cloud computing is the key problem to promote the healthy development of cloud computing industry . As the important technology for resource allocation and management of cloud data center , virtualization resource scheduling technology provides powerful support for realizing green cloud computing .
On the other hand , based on the virtualization resource scheduling , the application of the green cloud computing can be effectively supported from the energy - saving optimization perspective , and the green energy - saving of the data center is realized .
2 ) In order to realize energy conservation and emission reduction , the cloud data center is faced with complex and dynamic virtual machine migration requests , and the energy consumption optimization and the performance attenuation caused by the migration of the virtual machines are balanced in the resource scheduling process ;
The invention provides a resource scheduling method for supporting green cloud computing , which comprises the following steps :
The paper studies the energy consumption model and the performance attenuation model for virtual machine migration .
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP302;TP393.09

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本文編號(hào)：1971461