[發明專利]云環境下的數據中心節能方法

在審

• 申請號: 201410307739.7
• 申請日: 2014-06-30
• 公開（公告）號: CN104199736A
• 公開（公告）日: 2014-12-10
• 發明（設計）人: 尹建偉;楊勇;金路;董科雄;潘曉華;鄧水光
• 申請（專利權）人: 浙江大學蘇州工業技術研究院;蘇州龍唐信息科技有限公司
• 主分類號: G06F9/50
• 分類號: G06F9/50;G06F9/455;G06F1/32
• 代理公司: 杭州裕陽專利事務所(普通合伙) 33221
• 代理人: 應圣義

技術領域

本發明涉及云計算技術領域，尤其涉及一種云環境下的數據中心節能方法。

背景技術

隨著云計算的不斷發展，數據中心高能耗成為一個亟待解決的問題。根據Amazon估算，每年的能耗開銷占到其數據中心總開銷的42％，其中直接能耗開銷占19％，冷卻(包含冷卻設備)開銷占23％。數據中心節能技術旨在保障服務質量的情況下最小化能耗開銷，對云服務提供商有著很強的吸引力。

在強大的需求下，學術界和產業界紛紛投身到數據中心節能技術的研究上。目前數據中心節能技術分為硬件節能技術和軟件節能技術。

目前有一系列的硬件節能技術，例如SpeedStep、PowNow、DBS(按需切換，Demand?Based?Switching)，它們通過在資源閑置的時候降低CPU時鐘頻率或關閉部分核(chip)來達到節能目的。ACPI(高級配置和電源管理接口，Advanced?Configuration?and?Power?Interface)定義了4種電源狀態，并通過操作系統實現電源狀態的切換，為能耗管理提供了靈活性。

軟件節能技術主要指能耗感知的調度技術。其范圍涵蓋較廣，包括彈性計算、能耗感知的處理器調度和任務調度、服務器整合(Server?Consolidation)等。其中服務器整合技術發展較為成熟，它基于在線遷移技術對虛擬機進行動態重分配，在保障服務質量的情況下使用最少的服務器從而達到節能目的。服務器整合問題旨在滿足服務質量和不超過單個服務器資源上限的情況下，使用最少的服務器集合來滿足數據中心所有虛擬機運行需求。它可歸結為多維裝箱問題(MDBP，Multi?dimensional?bin?packing?problem)，是一個NP困難問題，即使是單維度的裝箱問題。可以通過分支限界算法得到該問題的最優解，但時間消耗太高，在工業場景下不適用。通常采用最佳適應下降(BFD,best-fit?decreasing)和首次適應下降(FFD,fisrt-fit?decreasing)等啟發式方法解決。

在線遷移是實現服務器整合的關鍵技術，它能在很短的宕機時間內將處于運行狀態的虛擬機從一臺服務器遷移到另一臺服務器上。在線遷移可以靈活地轉移工作負載，在服務器維護中經常使用。它可以用來在數據中心服務器間實現負載均衡，避免服務器出現過載情況。

盡管目前存在一些彈性伸縮的專利，然而大都根據數據中心當前負載進行調整，忽略了虛擬機負載特征和遷移開銷。例如，專利號為CN103077082?A的專利，提出了《一種數據中心負載分配及虛擬機遷移節能方法及系統》。該方法首先生成超載服務器列表，按照資源利用率形成有序的待遷移虛擬機列表，并將有序待遷移虛擬機列表中的虛擬機遷移到目標服務器上；然后選出處于低載狀態且能效比最小的服務器，對其上的所有虛擬機使用能效感知的負載分配策略預分配到其它服務器上。專利號為CN103024048?A的專利，公開了一種云環境下的資源調度方法。該專利從系統級節能角度出發，在滿足云任務的執行時間和費用兩個QOS需求的前提下，以系統總能耗最小為目標，對資源進行調度，可有效降低云數據中心的能源消耗；并進一步采用改進的遺傳算法進行最優資源調度方案的搜索，從而有效提高了算法的收斂性能。然而它們沒有考慮到虛擬機多種資源的負載特征，若將不同負載特征虛擬機進行混合，有助于進一步提升資源利用率。同時遷移開銷(特別是宕機時間)對服務質量的影響也是資源分配過程中應該著重考慮的因素。

發明內容

本發明解決的問題是提供一種云環境下的數據中心節能方法，能大幅降低數據中心能耗。

為解決上述問題，本發明實施例提供了一種云環境下的數據中心節能方法，包括：

根據歷史負載動態地更新隊列中各服務器的遷移觸發優先級；

基于啟發信息確定候選遷移虛擬機；

基于負載相似度和資源適配度選擇遷移目標服務器。

可選的，所述根據歷史負載動態地更新隊列中各服務器的遷移觸發優先級的方法，具體操作步驟包括：

(11)：收集物理機歷史負載數據，獲取當前負載，并根據AR模型得到預測負載；

(12)：對于CPU、內存、網絡、I/O四種資源類型，執行步驟13～16的過程；

(13)：若服務器處于高負載狀態，優先級(pr≥pr_H)遞增(若從其它狀態進入高負載狀態，則初始化為pr_H)，以盡快遷移位于高負載服務器上的虛擬機，轉步驟17；