本文關(guān)鍵詞：面向CPU資源超售環(huán)境的虛擬化平臺(tái)管理方法研究

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【摘要】：電子商務(wù)和各類網(wǎng)絡(luò)服務(wù)應(yīng)用已成為當(dāng)下新興的產(chǎn)業(yè)方向。與傳統(tǒng)的科學(xué)計(jì)算類型的應(yīng)用相比,新興的商業(yè)應(yīng)用顯著特征是強(qiáng)交互性和資源需求彈性化。在虛擬化平臺(tái)下,為滿足強(qiáng)交互性應(yīng)用嚴(yán)苛的性能要求,服務(wù)提供商需加大對(duì)虛擬機(jī)資源供給。隨著此類應(yīng)用訪問量的增多,虛擬化平臺(tái)中CPU資源的浪費(fèi)現(xiàn)象日益嚴(yán)重。在平臺(tái)對(duì)外服務(wù)期間,部分CPU資源處于閑置狀態(tài),嚴(yán)重影響了平臺(tái)CPU資源利用率。因此,面對(duì)當(dāng)下出現(xiàn)的新型應(yīng)用形式和用戶體驗(yàn)要求,如何釋放閑置資源,優(yōu)化資源管理方法是提升虛擬化平臺(tái)管理能力的關(guān)鍵。同時(shí),強(qiáng)交互性商業(yè)應(yīng)用導(dǎo)致虛擬機(jī)的資源需求呈現(xiàn)彈性波動(dòng)趨勢。面對(duì)這種新型的資源需求趨勢,如何改進(jìn)虛擬化平臺(tái)的資源管理方法,主要面臨以下三個(gè)關(guān)鍵問題：(1)如何在保障應(yīng)用性能穩(wěn)定的前提下,改進(jìn)虛擬機(jī)資源配置方式,實(shí)現(xiàn)超售策略,釋放閑置CPU資源?(2)如何在CPU資源超售環(huán)境下,及時(shí)而準(zhǔn)確地探測資源熱點(diǎn),并通過遷移操作將其徹底消除,實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡?(3)如何在CPU資源超售環(huán)境下,保持虛擬機(jī)性能隔離的同時(shí),實(shí)現(xiàn)服務(wù)器整合策略?首先,不同類型的應(yīng)用有著不同的資源需求特征,即使是同一應(yīng)用,面對(duì)不同的用戶性能要求,資源需求的特征也會(huì)不同。同時(shí),CPU資源配置的最小需求必須是以用戶性能穩(wěn)定為基礎(chǔ)。為了達(dá)到上述目標(biāo),將面臨如下挑戰(zhàn)：(1)在虛擬化環(huán)境下,用戶可包容的性能損耗程度該如何描述；(2)用戶性能要求的差異性該如何展現(xiàn)；(3)特定用戶性能要求與虛擬機(jī)CPU資源需求之間的量化映射關(guān)系該如何建立。為了解決這些挑戰(zhàn),提出一種基于虛擬機(jī)性能感知的CPU超額預(yù)訂機(jī)制,通過對(duì)虛擬機(jī)性能損耗的容忍度進(jìn)行量化,并以此作為標(biāo)準(zhǔn)來構(gòu)建數(shù)學(xué)模型,統(tǒng)計(jì)分析從虛擬機(jī)內(nèi)部監(jiān)控得到的CPU資源使用狀態(tài)的特征數(shù)據(jù),從而估算得出相應(yīng)的資源需求量。此種資源配置方式代表著用戶可接受的性能要求下限,最大化釋放閑置資源。其次,當(dāng)CPU資源以超額預(yù)訂的形式分配給虛擬機(jī),資源的精簡配置使虛擬機(jī)對(duì)于負(fù)載強(qiáng)度的波動(dòng)變得更加敏感。為了滿足強(qiáng)交互性應(yīng)用嚴(yán)苛的性能要求,提出了一種基于CPU資源超額預(yù)訂的負(fù)載均衡優(yōu)化策略。該策略通過動(dòng)態(tài)資源熱點(diǎn)監(jiān)控和緩解串聯(lián)式熱點(diǎn)的虛擬機(jī)遷移管理兩個(gè)步驟,實(shí)現(xiàn)維持虛擬機(jī)性能要求的目標(biāo)。動(dòng)態(tài)資源熱點(diǎn)監(jiān)控是將熱點(diǎn)閾值設(shè)計(jì)成一個(gè)隨著負(fù)載強(qiáng)度、用戶性能要求浮動(dòng)的動(dòng)態(tài)閾值,盡可能防止過于寬松或者過于嚴(yán)格的判斷標(biāo)準(zhǔn)的出現(xiàn),同時(shí)會(huì)考慮短生命周期的商業(yè)應(yīng)用在程序執(zhí)行末期出現(xiàn)資源熱點(diǎn)時(shí)的優(yōu)化處理。串聯(lián)式熱點(diǎn)是指進(jìn)行虛擬機(jī)遷移操作消除熱點(diǎn)后,在目的物理機(jī)上重新出現(xiàn)熱點(diǎn)的現(xiàn)象。避免其產(chǎn)生的方法是減少不必要遷移操作,并且精確地估算遷移備選物理機(jī)可用資源的大小。最后,在CPU資源超售環(huán)境下,虛擬機(jī)資源動(dòng)態(tài)調(diào)整以及負(fù)載均衡策略引發(fā)的遷移操作可能使虛擬機(jī)布局零散,導(dǎo)致物理機(jī)資源碎片化,服務(wù)器整合是解決上述問題的主要思路。但在資源超售環(huán)境下,服務(wù)器整合策略卻可能遇到了以下問題：1)虛擬機(jī)資源的精簡大大提高了物理機(jī)的整合密度,導(dǎo)致物理機(jī)底層資源的供給出現(xiàn)不足,從而引起虛擬機(jī)性能下降以及相互之間的性能干擾；2)針對(duì)商業(yè)應(yīng)用場景,服務(wù)器整合策略被頻繁觸發(fā),導(dǎo)致極大的遷移開銷；3)部分虛擬機(jī)的資源超額預(yù)訂幅度減少,資源需求量變大。為了解決以上問題,提出了一種基于CPU超額預(yù)訂機(jī)制的服務(wù)器整合優(yōu)化策略。該策略通過控制整合密度來緩解底層資源的競爭,保護(hù)虛擬機(jī)之間的性能隔離;采用并行式在線裝箱算法減少服務(wù)器整合策略所帶來的遷移消耗；選擇應(yīng)用性能要求相同的虛擬機(jī)放置在同一個(gè)物理機(jī)之上,維護(hù)資源超額預(yù)訂機(jī)制效果。綜上所述,在新型應(yīng)用形式和用戶體驗(yàn)要求下,面向CPU資源超售環(huán)境的虛擬化平臺(tái)管理方法從虛擬機(jī)資源配置、負(fù)載均衡、布局管理等方面優(yōu)化了云計(jì)算平臺(tái)的資源管理能力,提升了整個(gè)平臺(tái)的應(yīng)用服務(wù)質(zhì)量。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP302

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