[發明專利]一種虛擬化環境中自適應按需資源分配的方法及系統

有效

• 申請號: 201110258144.3
• 申請日: 2011-09-02
• 公開（公告）號: CN102279771A
• 公開（公告）日: 2011-12-14
• 發明（設計）人: 祝明發;張偉;徐威;劉家軍;肖利民;阮利
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G06F9/50
• 分類號: G06F9/50;G06F9/48;G06F9/455
• 代理公司: 北京慧泉知識產權代理有限公司 11232
• 代理人: 王順榮;唐愛華

1.一種虛擬化環境中自適應按需資源分配的系統，其特征在于：它包括動態感知請求分發模塊、一臺物理機上多個虛擬機之間的按需分配模塊即1-PM:N-VM模塊和數據中心全局管理模塊，1-PM:N-VM模塊根據實時收集的用戶體驗進行一臺物理機上資源的分配；動態感知請求分發模塊根據監測的應用請求負載信息和虛擬機容量信息把負載分發到合適的虛擬機上對請求進行響應；數據中心全局管理模塊根據收集的物理機資源負載信息決定是否需要虛擬機在物理機之間進行遷移以重新進行放置，在物理機過量或不足時是否向空閑資源池釋放或申請新的物理機以退出或加入應用的服務；

所述的動態感知請求分發模塊包括：應用負載監控模塊、應用負載預測模塊、虛擬機容量動態感知模塊和請求分發模塊，應用負載監控模塊監測請求負載信息，把結果傳遞給應用負載預測模塊；應用負載預測模塊使用長期預測加短期修正方法對負載量進行預測；虛擬機容量動態感知模塊實時收集各個虛擬機的容量信息；請求分發模塊根據負載預測的結果和各個虛擬機的容量信息選擇合適的虛擬機處理請求對其進行響應；

該應用負載監控模塊是：每一類應用都需要一臺負載分發器，負載監控模塊運行于其上；所有的請求首先到達相應的負載分發器，此處的應用負載監控模塊可以很容易的獲知全局負載信息，該模塊是個程序元件；

該應用負載預測模塊是：使用長期預測加短期修正的方法對負載進行預測；根據應用負載監控模塊第i個階段的實測負載和第i個階段的預測誤差預測第i+1個階段的負載狀態，該模塊是個程序元件；

該虛擬機容量動態感知模塊是：在物理機中的domain0控制臺虛擬機中實時監測運行其上的各個虛擬機的容量變化，該模塊是個程序元件；

該請求分發模塊是：根據所設計的策略把請求轉發到相應的虛擬機中進行處理，該模塊是個程序元件；

所述的按需分配模塊即1-PM:N-VM模塊包括：請求響應時間獲得模塊、資源需求控制模塊和資源裁決控制模塊，請求響應時間模塊實時獲得每個虛擬機中所運行應用的請求響應時間；資源需求控制模塊依據實時獲得的實際響應時間和所定義的期望響應時間的差異，決定需要增加或減少的資源量；資源裁決控制模塊根據資源需求控制模塊所提供的各個虛擬需求和資源總量的限制條件，做出最終資源分配的決定；

該請求響應時間獲得模塊是：根據請求到達時間戳和響應處理完畢時間戳的差值獲得每個請求在服務器端的實際處理時間，該模塊是個程序元件；

該資源需求控制模塊是：根據請求的實際處理時間和期望響應時間決定虛擬機的資源需求，該模塊是個程序元件；

該資源裁決控制模塊是：根據各個虛擬機的資源需求和資源總量的限制決定最終的資源分配結果；當不發生資源競爭時，按需為各個虛擬機分配資源；當發生競爭時，提供服務差異，優先保證高優先級應用的資源需求；該模塊是個程序元件；

所述的數據中心全局管理模塊包括：物理機資源監控模塊、虛擬機遷移管理模塊和空閑資源池管理模塊，物理機資源監控模塊監控物理機的各類資源使用情況；虛擬機遷移管理模塊根據物理機資源監控模塊收集的信息決定是否需要發生虛擬機在各個物理機之間的遷移進行重新放置，以及選擇哪些虛擬機進行遷移；空閑資源池管理模塊根據虛擬機遷移管理模塊進行遷移后的結果決定是否需要向空閑池申請或釋放物理機；

該物理機資源監控模塊是：監控物理機的各類資源使用情況，該模塊是個程序元件；

該虛擬機遷移管理模塊是：當物理機監控模塊監測到物理機的資源使用率過高時，需要把其上運行的一些虛擬機采取一定的策略遷移到其它負載資源使用率較輕的物理結點上；當物理機監控模塊監測到大多數物理機的資源使用率過低時，需要把某些負載低的物理上運行的虛擬機采取一定的策略遷移到其他物理節點上，以空閑出更多的物理機釋放到空閑資源池達到降低功耗的目的，該模塊是個程序元件；

該空閑資源池管理模塊是：負責維護空閑資源池，當前正在運行的物理機數量“過量”或“不足”時，空閑資源池管理模塊負責向空閑資源池申請添加或釋放物理機，該模塊是個程序元件。

2.一種虛擬化環境中自適應按需資源分配的方法，其特征在于：它包括三個具體的策略：

1)自適應的虛擬機動態容量感知請求分發策略，其具體步驟如下：

步驟1：實時監控應用負載；

步驟2：使用長期預測和短期修正的方法，根據第i個階段的實測負載和預測誤差預測第i+1個階段的應用負載；

步驟3：實時獲得虛擬機的資源容量信息；

步驟4：據步驟1預測的負載量信息與預設的負載閾值進行比較，若小于負載閾值，應用負載很低時，應盡量將負載集中，以便空出更多的物理機釋放到空閑資源池以達到降低功耗的目的；若高于負載閾值，應盡量將負載均衡，避免出現有的虛擬機“忙死”，有的虛擬機“閑死”現象的發生；

2)1-PM:N-VM資源分配策略，其具體步驟如下：

步驟1：實時獲得運行在每個虛擬機上應用的請求響應時間；

步驟2：為每類應用定義一個期望的響應時間范圍；統計在每個周期內響應時間落入期望響應時間范圍左側，正好落入期望響應時間范圍內，落入期望響應時間范圍右側的請求數；定義期望的用戶滿意度，期望的用戶滿意度以落入期望響應時間范圍內的請求數和總請求數的比例來表示，越高效果越好；當落入期望響應時間范圍左側的請求數和總請求數的比例超出一定的閾值意味著為應用提供的資源充足，應當減少資源；當落入期望響應時間范圍右側的請求數和總請求數的比例超出一定的閾值意味著發生資源不足供應的現象，應該增加資源；

步驟3：根據設計的資源差異和響應時間差異的函數模型決定需要增加或減少的資源量；

步驟4：依據設計的優化理論模型，根據各個虛擬機的資源需求和資源總量的限制裁決最終的資源分配；

3)虛擬機遷移策略，其具體步驟如下：

步驟1：為每臺物理機定義一個資源使用率的上下限閾值；

步驟2：當物理機資源使用率低于下限此時又沒有物理機的資源使用率高于上限，并且存在著物理機可以接收其上運行的虛擬機，預示著物理機“過量”供應，將其上運行的虛擬機遷移到可以接收的物理機上，減少物理機的數量；當物理機資源使用率高于上限，但存在物理機可以接收其上運行的虛擬機，需要把虛擬機遷移到可以接收的物理機上繼續運行；當物理機資源使用率高于上限閾值并維持了一段時間，此時沒有可以接收其上運行的虛擬機繼續運行的物理機，應從空閑資源池中吸收正在休眠的物理機加入運行。