[發明專利]云計算數據中心兼顧能耗與訪問延遲的虛擬機分配方法

在審

• 申請號: 201710457206.0
• 申請日: 2017-06-16
• 公開（公告）號: CN107360210A
• 公開（公告）日: 2017-11-17
• 發明（設計）人: 蔣嶷川;司景霞;張友紅
• 申請（專利權）人: 佛山科學技術學院
• 主分類號: H04L29/08
• 分類號: H04L29/08;G06F9/455;G06F9/50
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司44205
• 代理人: 王國標

本發明公開了云計算數據中心兼顧能耗與訪問延遲的虛擬機分配方法，包括以下步驟：(1)模型抽象；(2)數據訪問延遲矩陣線性化；(3)在當前閾值約束下，尋找計算節點和數據節點的候選集，以及計算節點的實際能力；(4)在當前閾值約束下，尋找中心節點集CenterNode和鄰居節點集S；(5)虛擬機分配和分配策略的更新。本發明與現有技術相比具有以下優點：能夠解決目前云計算數據中心的虛擬機分配中的能耗和數據訪問延遲優化的互斥性問題，同時兼顧了優化能耗和數據訪問延遲。

技術領域

本發明涉及一種云計算數據中心技術領域，特別是虛擬機的分配方法。

背景技術

隨著云計算技術的逐漸成熟，越來越多的企業將應用部署到云計算平臺上，因而云計算數據中心的規模越來越大。一個云計算數據中心涉及幾十萬臺甚至幾百萬臺規模的物理機(服務器)，這些物理機的運行需要消耗大量的能量，從而導致服務提供商的運營成本增加。面對如此規模的數據中心，如何降低數據中心的能耗，成為云服務提供商面臨的一個重要挑戰。隨著云計算技術的快速發展，用戶對云計算的服務質量要求越來越高，比如：帶寬、最短響應時間以及系統延遲等等。許多對延遲敏感的應用(比如網站搜索、在線零售、廣告以及推薦系統)云計算服務需要保證其較低的延遲要求。對于計算和數據分布在眾多的節點(物理機)上的計算密集型和數據密集型應用來說，低延遲顯得尤為重要。因此，計算服務的延遲是影響用戶滿意度的一個至關重要的因素。在這種情況下，如何減少數據訪問延遲以滿足用戶需求是云服務提供商面臨的另一個挑戰。

用戶通過云平臺向云服務提供商提交資源(例如CPU、內存和帶寬)需求，云服務提供商利用虛擬化技術將數據中心的資源以虛擬機的形式租售給用戶，即虛擬機分配。有效的虛擬機分配可以降低數據中心的能耗和數據訪問延遲。

已有的數據中心虛擬機分配方法要么關注能耗優化，要么關注數據訪問延遲優化，很少有方法將兩個目標同時考慮的。只考慮優化能耗，可能會帶來較長的數據訪問延遲。只考慮優化數據訪問延遲，可能會帶來較多的能耗。一種同時考慮能耗和數據訪問延遲優化的虛擬機分配方法對減少能耗和降低數據訪問延遲是非常重要的。值得注意的是，這兩個目標可能是互斥的，已有的虛擬機分配方法不能有效同時優化能耗和數據訪問延遲。例如，圖1顯示了一組計算節點和一組等待處理的數據節點。數據節點個數是4，計算節點個數是3，計算節點擁有的虛擬機數量分別為4，3，2。線上的數字表示計算節點和數據節點之間的數據訪問延遲(為了表述清晰，圖1省略了計算節點之間的數據訪問延遲)。表達式P_k＝{ec,d,X}表示虛擬機分配策略，其中ec表示能耗，d表示最大數據訪問延遲,X表示計算節點和數據節點的匹配關系(為了表述清晰，這里用匹配對表示)。僅優化能耗，可以得到一些分配策略，例如：P₁＝{1,20,(dn₁,cn₁),(dn₂,cn₁),(dn₃,cn₁),(dn₄,cn₁)}。這種分配策略能耗少，而數據訪問延遲很大。同樣的，只優化最大數據訪問延遲也會開啟較多的計算節點，進而產生較多的能耗。例如：P₂＝{3,9,(dn₁,cn₃),(dn₂,cn₁),(dn₃,cn₂),(dn₄,cn₁)}。這種分配策略的計算代價是3。另外，云服務提供商可以根據不同用戶的需求提供不同的分配策略。如果用戶的任務是實時任務并且用戶愿意支付較高的費用，則可選擇策略P₂。如果用戶的任務稍微緊急，且費用有限，則可以采用分配策略P₃＝{2,14,(dn₁,cn₃),(dn₂,cn₁),(dn₃,cn₁),(dn₄,cn₃)}。很顯然，在能耗和數據訪問延遲之間有一個平衡問題，一個好的分配策略既要盡量減少數據中心的能耗又要滿足不同用戶的延遲需求。