【摘要】：云計(jì)算作為一種新型的分布式計(jì)算服務(wù)提供模式,為當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用或服務(wù)的持續(xù)發(fā)展提供了強(qiáng)有力的支持。而數(shù)據(jù)中心作為當(dāng)前云計(jì)算的主流底層物理資源組織架構(gòu),為云計(jì)算的高效運(yùn)行提供了靈活以及穩(wěn)定的硬件環(huán)境。利用數(shù)據(jù)中心多樣化以及高效的資源管理手段,底層物理服務(wù)器以及網(wǎng)絡(luò)等資源可以實(shí)現(xiàn)按需分配,從而有利于更加合理的使用。此外,云計(jì)算中資源按使用量付費(fèi)的租用模式,也促進(jìn)了互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用以及服務(wù)朝著數(shù)量的規(guī)�；约邦愋偷亩嘣较虬l(fā)展。在云計(jì)算中,虛擬化技術(shù)的應(yīng)用使得數(shù)據(jù)中心分散化的物理計(jì)算資源以及網(wǎng)絡(luò)資源被抽象,形成統(tǒng)一的虛擬資源分配池并向租戶提供。而云計(jì)算提供者(Cloud Provider,CP)所面臨的一個(gè)重要問(wèn)題即是,如何對(duì)此資源池中的資源進(jìn)行合理的管理,從而實(shí)現(xiàn)在滿足租戶SLA(Servcie Level Agreement)請(qǐng)求的同時(shí),達(dá)到資源的高效使用。而高效的資源管理策略往往不僅有利于提高數(shù)據(jù)中心物理資源的利用率、降低物理設(shè)備的能耗使用,同時(shí)還有助于提高云計(jì)算資源提供者的收益。因此,設(shè)計(jì)高效的數(shù)據(jù)中心資源管理策略就成為當(dāng)前學(xué)術(shù)界以及工業(yè)界廣泛關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題。本文在第一章主要敘述了云計(jì)算的定義、發(fā)展歷史、云計(jì)算背后的支撐技術(shù)——虛擬化、以及虛擬化數(shù)據(jù)中心資源管理關(guān)鍵技術(shù)的研究現(xiàn)狀。第二章研究了動(dòng)態(tài)到達(dá)虛擬機(jī)(Virtual Machine,VM)請(qǐng)求的接入控制與資源分配聯(lián)合優(yōu)化問(wèn)題。針對(duì)當(dāng)前VM資源分配策略將兩者分開(kāi)考慮,導(dǎo)致CP無(wú)法制定全局最優(yōu)的資源管理決策這一不足,提出了VM接入控制與資源分配相結(jié)合的聯(lián)合優(yōu)化策略。并基于馬爾科夫決策過(guò)程(Markov Decision Process,MDP)給出了此聯(lián)合優(yōu)化問(wèn)題的數(shù)學(xué)模型。并設(shè)計(jì)了采樣路徑的近似動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法,通過(guò)針對(duì)到達(dá)VM請(qǐng)求的類型及其資源需求特性進(jìn)行采樣,以達(dá)到在保證算法一定準(zhǔn)確度的情況下,對(duì)MDP模型進(jìn)行快速求解的目的。仿真結(jié)果顯示,本文所提出的基于接入控制與資源放置聯(lián)合優(yōu)化策略可以有效提升CP的預(yù)期收益。第三章研究了VM資源需求動(dòng)態(tài)變化環(huán)境下VM的遷移問(wèn)題。針對(duì)當(dāng)前VM遷移策略不能很好地應(yīng)對(duì)動(dòng)態(tài)環(huán)境下VM遷移需求,導(dǎo)致遷移成本過(guò)高的問(wèn)題,提出了基于資源需求相關(guān)性的VM遷移策略。首先提出了基于VM服務(wù)水平協(xié)議(Service Level Agreement,SLA)的“軟門限”遷移機(jī)制。通過(guò)監(jiān)測(cè)VM過(guò)去一段時(shí)間內(nèi)的資源需求變化,以綜合判斷最佳的VM遷移時(shí)機(jī),降低VM突發(fā)資源需求所造成的頻繁遷移觸發(fā)�；诖藱C(jī)制,給出了基于動(dòng)態(tài)資源需求相關(guān)性的VM遷移策略。通過(guò)對(duì)VM資源需求的動(dòng)態(tài)變化特性與物理服務(wù)器資源使用變化特性之間的關(guān)聯(lián)性進(jìn)行定量分析,實(shí)現(xiàn)更優(yōu)的遷移VM及其遷移順序選擇,以及遷移目的主機(jī)選擇。綜合上述基本VM遷移機(jī)制/策略,分別設(shè)計(jì)了具有VM SLA服務(wù)質(zhì)量保障的VM遷移算法,以及促進(jìn)數(shù)據(jù)中心(Data Center,DC)綠色節(jié)能的VM遷移算法。仿真結(jié)果顯示,本文所提出的基于相關(guān)性的虛擬機(jī)遷移算法不僅可以有效降低遷移成本,同時(shí)還可以提高虛擬機(jī)的SLA性能保障。第四章研究了具有響應(yīng)時(shí)延性能保障的高效VM部署問(wèn)題。針對(duì)當(dāng)前VM資源分配策略沒(méi)有完全利用虛擬資源靈活分配特性,導(dǎo)致物理資源碎片率過(guò)高這一不足,提出了具有響應(yīng)時(shí)延性能保障的VM資源分配策略。首先采用理論分析與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合的方式,對(duì)VM在不同部署以及資源分配方案下的響應(yīng)時(shí)延性能進(jìn)行了深入的分析�；诖朔治�,給出了具有時(shí)延性能保障的VM拆分以及資源分配算法。該算法根據(jù)資源分配量與VM響應(yīng)時(shí)延性能之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系,通過(guò)對(duì)較大資源需求的VM進(jìn)行合理的拆分,以達(dá)到保障VM響應(yīng)時(shí)延的同時(shí),降低資源碎片率、提高物理資源的目的。仿真結(jié)果顯示,本文論所提出的基于虛擬機(jī)拆分的虛擬機(jī)放置以及資源分配策略可以顯著減少服務(wù)器的使用數(shù)量,進(jìn)而降低服務(wù)器的能耗,從而達(dá)到數(shù)據(jù)中心綠色節(jié)能的目的。第五章研究了網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化環(huán)境下虛擬網(wǎng)絡(luò)功能鏈(virtualized Network Function Chain,v NFC)的靈活部署問(wèn)題。針對(duì)現(xiàn)有v NF部署策略不能完全利用虛擬資源靈活的分配特性,導(dǎo)致底層物理資源利用率過(guò)低這一問(wèn)題,提出了基于多虛一實(shí)例化的v NF部署策略。該策略根據(jù)當(dāng)前物理資源分配狀況,為單個(gè)v NF實(shí)例化一個(gè)或多個(gè)功能實(shí)例,以促進(jìn)v NF部署以及位置選擇的靈活性,以及v NF動(dòng)態(tài)橫向擴(kuò)展與伸縮的能力。此外,該策略通過(guò)為每個(gè)v NF實(shí)例進(jìn)行細(xì)粒度的負(fù)載控制與資源分配,以實(shí)現(xiàn)對(duì)底層物理資源的精細(xì)化管理,從而提高底層物理資源的利用率。仿真結(jié)果顯示,本論文所提出的基于虛擬網(wǎng)絡(luò)功能服務(wù)多虛一實(shí)例化的部署策略不僅可以提高v NFC的接入率,同時(shí)還能有效提高服務(wù)器的資源利用率。第六章對(duì)全文研究工作進(jìn)行了總結(jié),并對(duì)未來(lái)的研究工作做了展望。
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP308

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本文編號(hào)：2541149