【摘要】：隨著Web2.0的出現(xiàn),各種交互式社交網絡的興起,使得互聯(lián)網的內容呈現(xiàn)爆炸式的增長,從而直接導致了數據中心的建設在世界范圍內出現(xiàn)又一波的熱潮。數據中心已經成為了人們日常生活中有如電廠一般的又一基礎設施,它不僅提供信息的存儲、分發(fā),由于云計算的出現(xiàn),它本身也成為了一種可交易的資源。作為一個高能耗的實體,數據中心的節(jié)能不僅能夠降低其運營者的日常開支具有明顯的經濟效益,也能夠減少其所引起的二氧化碳的排放使其具有顯著的社會效益,同時還能夠使得政府能實踐其對國際社會的承諾,滿足其政治訴求。 本文即是在這些研究背景及意義的驅動下,分別從數據中心、刀片機柜以及應用系統(tǒng)等三個不同的層次,展開了對數據中心節(jié)能技術的研究。主要解決了當前數據中心存在的熱量分布不、平衡所帶來的制冷能耗的浪費,以及機柜中兩個供電區(qū)能效的不同而導致的計算能耗的隱性增加,同時糾正了以往的研究中存在的只注重能耗的減少,而不關心節(jié)能技術背后給運行于數據中心中的應用性能所帶來的影響。 本文的創(chuàng)新點主要有： ●一種基于熱量感知的負載調度策略：針對當前數據中心熱量分布不均勻所帶來的制冷能耗的浪費,本文提出了一個基于神經網絡及加強學習算法的模型,通過對歷史數據的學習與建模,找到機架中各個機柜負載與其入口溫度的關系,進而通過該模型可以預測新到負載分配到機架中不同機柜將會帶來的熱量分布,通過對各個熱量分布結果的比較,選取最優(yōu)熱量分布結果來決定新到負載的分配,從而減少數據中心整體制冷能耗的浪費； ●具有電流感知的機柜內負載調度及資源分配策略：該方法的提出是基于機柜內兩個供電區(qū)的能效有差異這一實驗觀測結論,正是因為兩個供電區(qū)的電流差異會增加整個機柜的能耗,因而本文提出該策略來尋求平衡兩個供電區(qū)的電流來減少其整體計算能耗。我們通過實驗數據的分析得到兩個供電區(qū)的負載與電流之間的關系,然后通過實現(xiàn)的比例積分控制器根據該關系模型來調整兩個供電區(qū)的資源分配以及負載放置,使得兩個供電區(qū)的電流穩(wěn)定在平衡狀態(tài),節(jié)省其整體的計算能耗； ●基于基礎負載預測的動態(tài)Web服務系統(tǒng)資源配置：本文利用虛擬機可動態(tài)啟動/關閉的功能,實現(xiàn)了云計算中Web服務系統(tǒng)資源動態(tài)可擴展的特性。首先通過一組實驗得到了負載請求與Web服務系統(tǒng)配置之間的關系,進而利用云計算中心Web服務請求的潮汐性及周期性等特點,對歷史請求數據進行分析得到Web系統(tǒng)在各個時段應具有的配置情況,然后通過動態(tài)的虛擬機調度來滿足各個時段的應用請求需要,保證應用請求的服務質量。同時動態(tài)的系統(tǒng)資源配置也可以減少數據中心資源以及能源的浪費。 ●網絡物理系統(tǒng)在數據中心服務質量與節(jié)能管理中的應用：本文是第一個將網絡物理系統(tǒng)應用到企業(yè)數據中心的節(jié)能管理,通過收支平衡模型的建立,協(xié)調網絡世界中的應用控制系統(tǒng)與物理世界中的節(jié)能控制系統(tǒng),使得在執(zhí)行節(jié)能指令之前,都會通過收支平衡模型來判斷該指令的執(zhí)行是否會影響到應用的服務性能,根據該模型得到的結果來最終決定是否執(zhí)行該指令。該模型的目標即是最大化數據中心運營者的利益,當然這一目標的前提是要滿足用戶所要求的服務質量。最終通過實驗驗證了其在保障應用服務質量以及系統(tǒng)節(jié)能方面的平衡優(yōu)勢。 本文的研究實驗環(huán)境都是基于佐治亞理工大學CERCS實驗室所提供的一個中型數據中心,部分實驗結果是通過系統(tǒng)仿真得到,大部分實驗數據都是通過真實的數據中心實驗得到,所用到的系統(tǒng)軟件包括VMware公司的vSphere4.1全套產品ESXi服務器,vCenter服務器及客戶端等,這些真實環(huán)境的研究結果表明數據中心的節(jié)能研究特別是云計算中心的節(jié)能將需要更多的信息系統(tǒng)與物理環(huán)境之間的交互,只有通過網絡與物理世界的融合才能從更全面的角度去綜合管理用戶和運營者的需求,取得更好的運營效益與節(jié)能效果。
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【學位授予單位】：北京郵電大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2012
【分類號】：TP308

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本文編號：2346894