[發(fā)明專利]一種單物理機(jī)下多虛擬機(jī)的資源自適應(yīng)調(diào)整系統(tǒng)及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410505945.9
• 申請(qǐng)日: 2014-09-26
• 公開（公告）號(hào): CN104283946B
• 公開（公告）日: 2017-08-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭軍;張斌;劉宇;楊麗春;莫玉巖;閆永明;劉舒;馬慶敏;馬群;李智;李海濤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東北大學(xué);遼寧北方實(shí)驗(yàn)室有限公司
• 主分類號(hào): H04L29/08
• 分類號(hào): H04L29/08;H04L12/26
• 代理公司: 沈陽東大知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司21109
• 代理人: 朱光林

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于云服務(wù)技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種單物理機(jī)下多虛擬機(jī)的資源自適應(yīng)調(diào)整系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

云計(jì)算是繼并行計(jì)算、分布式計(jì)算、網(wǎng)格計(jì)算后的更加新型計(jì)算模式。云環(huán)境下通常在資源池上部署多臺(tái)虛擬機(jī)(VM)，這些虛擬機(jī)共用此節(jié)點(diǎn)上的物理資源(CPU，內(nèi)存等)。各個(gè)虛擬機(jī)作為服務(wù)器發(fā)布服務(wù)，用戶通過Web方式訪問服務(wù)并消耗服務(wù)器一定數(shù)量的物理資源。

在配置虛擬機(jī)時(shí)必須指定虛擬機(jī)各類資源的數(shù)量，由于各虛擬機(jī)并發(fā)用戶請(qǐng)求不斷變化，所以各虛擬機(jī)在不同時(shí)刻對(duì)各類資源的需求量不同。在做虛擬機(jī)初始分配時(shí)：若將虛擬機(jī)的資源需求峰值分配給虛擬機(jī)能滿足虛擬機(jī)在不同時(shí)刻的資源需求，但這也造成資源浪費(fèi)；若不將資源峰值分配給虛擬機(jī)，而是將資源的平均需求量分配給虛擬機(jī)，必將造成虛擬機(jī)在某些時(shí)刻處于資源短缺狀態(tài)，影響服務(wù)性能，造成SLA違例。

若能動(dòng)態(tài)調(diào)整單PM上各虛擬機(jī)硬件資源量來適應(yīng)這種動(dòng)態(tài)變化的資源需求，理論上將不會(huì)出現(xiàn)低負(fù)載的虛擬機(jī)資源過剩、高負(fù)載的虛擬機(jī)資源緊缺等現(xiàn)象。如何在單節(jié)點(diǎn)上根據(jù)并發(fā)用戶請(qǐng)求量的變化動(dòng)態(tài)調(diào)整各虛擬機(jī)資源量使服務(wù)性能得到最大程度地保障是本領(lǐng)域研究的問題。

對(duì)于單物理機(jī)上多虛擬機(jī)資源分配問題，本領(lǐng)域技術(shù)人員大多采用啟發(fā)式方法來進(jìn)行全局優(yōu)化搜索。啟發(fā)式方法基本是單點(diǎn)搜索，很容易陷入局部最優(yōu)解。而且，大多數(shù)研究者采用遷移虛擬機(jī)的方法解決資源不足的問題，但虛擬機(jī)遷移會(huì)花費(fèi)一定的時(shí)間，并與物理機(jī)上的其它活動(dòng)產(chǎn)生相互影響，導(dǎo)致遷移時(shí)延的增加和應(yīng)用性能的下降。

現(xiàn)階段單物理機(jī)資源分配，主要分為以下三個(gè)研究思路，一是通過預(yù)測(cè)VM的資源需求量，根據(jù)預(yù)測(cè)值作分配決策；二是將VM(服務(wù))等級(jí)考慮其中，在資源不足的情況下按等級(jí)分配資源；三是將前兩種結(jié)合，通過歷史資源使用信息計(jì)算出各VM的資源需求，然后綜合考慮各個(gè)虛擬機(jī)的資源需求量作資源分配決策。

(1)通過預(yù)測(cè)服務(wù)的資源需求量，根據(jù)各個(gè)VM的資源使用及剩余情況，動(dòng)態(tài)生成VM部署方案，解決了服務(wù)性能保障問題(Huang C J等人)。首先通過服務(wù)的SLA評(píng)估服務(wù)資源需求量，再根據(jù)資源剩余表及資源使用表生成資源的分配方案。該實(shí)驗(yàn)是在多VM的場(chǎng)景下實(shí)現(xiàn)的，通過評(píng)估服務(wù)資源需求量來確定與之對(duì)應(yīng)的資源需求量。這等同于在資源有限的場(chǎng)景下通過動(dòng)態(tài)修改VM資源量來保障服務(wù)性能。調(diào)整方法延遲很明顯，創(chuàng)建和刪除VM時(shí)會(huì)有很長的時(shí)間延遲，達(dá)不到預(yù)期效果。

(2)在競(jìng)爭(zhēng)條件下，根據(jù)不同服務(wù)的優(yōu)先級(jí)為虛擬機(jī)分配資源，并提供性能保障及負(fù)載均衡服務(wù)。Jiang C F等人首先通過歷史及實(shí)時(shí)的性能分析及評(píng)估來描述用戶行為和負(fù)載特性，根據(jù)目標(biāo)VM的性能及需求(基于SA及性能反饋)分配資源。張偉哲等人的研究內(nèi)容是在單一物理機(jī)中多VM內(nèi)存的協(xié)同優(yōu)化。當(dāng)節(jié)點(diǎn)中VM對(duì)內(nèi)存的需求量小于總內(nèi)存時(shí)采用自發(fā)調(diào)節(jié)機(jī)制，即VM間自發(fā)進(jìn)行調(diào)節(jié)；當(dāng)節(jié)點(diǎn)中VM對(duì)內(nèi)存的需求量大于總內(nèi)存時(shí)采用全局調(diào)節(jié)，即物理機(jī)控制器根據(jù)各VM資源需求按比例為VM分配相應(yīng)數(shù)量的內(nèi)存。同樣地，預(yù)測(cè)未來VM對(duì)資源的依賴情況時(shí)只是考慮歷史資源使用情況，并未將時(shí)間因素和并發(fā)用戶請(qǐng)求等因素加入到考慮范圍中；在做綜合決策時(shí)同等對(duì)待各個(gè)VM，也并未考慮VM中服務(wù)屬性和資源的時(shí)間效應(yīng)等因素。

(3)通過計(jì)算資源需量，根據(jù)各VM資源需求量及PM資源剩余生成分配方案(Pradeep P等人)。AC(AppControl，VM資源需求量預(yù)測(cè))定期向NC(NodeControl，資源分配方案生成)主動(dòng)發(fā)送資源請(qǐng)求，NC綜合考慮各AC的資源請(qǐng)求量及其優(yōu)先等級(jí)來決定資源的分配策略。但是Pradeep P等人只考慮了CPU和Disk I/O兩種資源，并未考慮內(nèi)存、Swap、Network I/O等因素，同時(shí)也忽略了資源間的互相作用。此外Pradeep P等人采用的是定期請(qǐng)求法，在周期內(nèi)部若出現(xiàn)資源過剩或短缺無法得到解決。再者，在預(yù)測(cè)VM下一時(shí)間段對(duì)資源的依賴情況時(shí)只考慮了歷史資源使用量，并未考慮時(shí)間及并發(fā)用戶請(qǐng)求等因素對(duì)VM性能的影響，最后NC在做綜合決策時(shí)只考慮了服務(wù)等級(jí)這一因素，并未考慮服務(wù)屬性和調(diào)整周期等因素對(duì)決策的影響。

通過分析現(xiàn)階段對(duì)該問題的研究思路，并參考現(xiàn)階段研究成果，可以得知當(dāng)前研究主要存在以下問題：