[發明專利]基于OpenFlow框架下云數據中心虛擬機調度方法

有效

• 申請號: 201410571245.X
• 申請日: 2014-10-23
• 公開（公告）號: CN104317646B
• 公開（公告）日: 2017-10-24
• 發明（設計）人: 顧華璽;劉炫璋;楊銀堂;王琨;王曦;余曉杉
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G06F9/46
• 分類號: G06F9/46;G06F9/455;G06N3/00
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心61205
• 代理人: 王品華,朱衛星

技術領域

本發明屬于云計算技術領域，涉及一種云數據中心虛擬機調度方法，可用于在OpenFlow框架下利用改進的蟻群算法對虛擬機進行調度，從而實現數據中心的整體能耗降低和負載的均衡。

背景技術

隨著一批新型互聯網業務的興起以及大眾接入帶寬的快速增長，數據中心網絡流量呈現迅速增長的態勢。互聯網業務對數據中心乃至互聯網提出了越來越高的傳輸質量要求，包括大帶寬、安全保障、靈活調度、智能管理等。在這樣的趨勢下出現了各種各樣的解決方案，OpenFlow技術便是應運而生地一種新型網絡交換模型，它完全顛覆了原有路由和數據使用同一平面的做法，采用控制和數據轉發分離的模式將網絡設備控制面與數據面分離，從而實現網絡流量的靈活控制，為核心網絡及應用的創新提供了良好的平臺。特別是針對當前云計算數據中心環境下智能化控制能力有限且缺乏統一標準的問題，采用OpenFlow技術可以更加有效地處理云計算數據中心中控制信息的交互和資源的分配。

由于云計算等技術的應用，大量的計算和交互將在服務器間完成，不同數據中心服務器間的橫向流量大大增加。未來的數據中心網絡越來越趨向于由虛擬機和服務器群組成，即一臺服務器同時運行多個虛擬機的方式為一個或者多個客戶提供服務。這樣客戶從形式上就可以獲得幾乎無限的資源。從云服務提供商角度考慮，如何在保證數據中心整體負載平衡的前提下，降低數據中心的整體能耗就是一個重要的問題，合理地調整虛擬機放置的位置是解決這一問題的重要途徑。

當前虛擬機調度技術主要分為兩類：基于數據中心負載平衡的調度方法和基于數據中心節能的調度方法。第一類方法主要目的是均衡數據中心各服務器的資源，這些資源包括CPU、內存、磁盤容量等，此方法通過將虛擬機從高資源利用率的服務器遷移到低資源利用率的服務器，實現數據中心整體性能的均衡。由于數據中心服務器數目有限，單純使用該方法會導致承載虛擬機的服務器數目增加，限制數據中心的擴展。第二類方法主要目的是降低數據中心整體的能耗，此方法通過將虛擬機從多個低利用率服務器遷移到單個服務器上，減少處于工作狀態的服務器數目，從而實現數據中心節能的目的。但這可能會導致數據中心中某一服務器資源利用率過高，影響數據中心的整體性能。因此如果只采用單一方法進行調度，會使得調度時不能充分考慮系統的綜合性能，在優化某一性能指標的同時造成其他性能指標的惡化，影響到數據中心整體運行。

發明內容

本發明的目的在于針對上述已有技術的不足，提出一種在OpenFlow框架下云數據中心虛擬機調度方法，以均衡負載、降低能耗，提高數據中心的性能。

實現本發明目的的技術方案是：收集云數據中心中服務器和虛擬機的負載信息，分析虛擬機負載周期及變化情況，確定進行遷移的時間間隔；根據基于信息素擴散的蟻群算法計算出虛擬機調度方案；通過OpenFlow控制器計算出合適的遷移路徑。具體步驟包括如下：

(1)由OpenFlow控制器收集云數據中心中服務器和虛擬機的負載信息，該負載信息包括：服務器總數S，處于運行狀態的服務器數目S′，虛擬機總數V，虛擬機i的位置變量X_ij，當虛擬機i放置在服務器j，X_ij取1，否則為0，虛擬機i所需的CPU資源R_i，服務器j能夠提供的CPU資源C_j，虛擬機i所需的磁盤容量T_i；

(2)將收集的負載信息作為蟻群算法的輸入，計算出蟻群算法的啟發因子矩陣η、信息素濃度矩陣τ，由這兩個參數得到選擇函數矩陣p；

(3)根據選擇函數矩陣p產生200～500個虛擬機位置序列，每個位置序列表示一只螞蟻，構成螞蟻種群；

(4)根據步驟(3)中得到的位置序列，設定如下判斷條件:

/*MERGEFORMAT<1>

/*MERGEFORMAT<2>

式表示每個虛擬機i只能放置在一臺服務器j上；式表示服務器j上所有虛擬機的CPU資源之和不能超過服務器j提供的CPU資源；

(5)根據步驟(4)設定的條件，判斷步驟(3)中得到的位置序列是否滿足式和式；若滿足，則更新虛擬機位置序列，同時更新信息素濃度矩陣τ，迭代次數加1；若不滿足，則保持當前位置，迭代次數加1；重復步驟(3)到(5)，進行蟻群算法的迭代,設迭代次數是500～1000；

(6)根據蟻群算法的迭代結果和OpenFlow控制器收集的路由信息，由Dijkstra算法確定出遷移路徑，完成虛擬機的調度；