[發明專利]基于相空間的云計算能耗優化方法和系統

有效

• 申請號: 201810845198.1
• 申請日: 2018-07-27
• 公開（公告）號: CN108845886B
• 公開（公告）日: 2022-03-08
• 發明（設計）人: 鄭美光;常成龍;楊姣
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: G06F9/48
• 分類號: G06F9/48;G06F1/329
• 代理公司: 長沙朕揚知識產權代理事務所(普通合伙) 43213
• 代理人: 何湘玲

本發明涉及云計算領域，公開了一種基于相空間的云計算能耗優化方法和系統，以優化云計算中的能耗，減少任務分配時間，提高任務分配效率；本發明的方法包括獲取云計算系統中所有的節點以及節點的上下文環境信息，并建立能耗模型；測量節點所有正在執行的任務的總能耗，根據該總能耗建立靜態能耗相空間；采用能耗模型預測新增任務所需的能耗，并建立動態能耗相空間；根據靜態能耗相空間計算得到最優子相空間；預測新增任務在最優子相空間中各節點的能耗，根據靜態能耗相空間和動態能耗相空間設計任務調度算法，并確定新增任務的最優任務分配方案。

技術領域

本發明涉及云計算領域，尤其涉及基于相空間的云計算能耗優化方法和系統。

背景技術

云計算的出現使得企業可以在線獲取大量的計算和存儲資源，只需按使用資源的時長進行付費，避免了對昂貴IT基礎設施的投入。隨著云計算技術的迅猛發展，全球云計算數據中心的數量在不斷增加，數據中心每年消耗的能源占全世界能源消耗的比例逐年增長。云計算數據中心每年消耗大量能源的同時，也對環境造成一定的壓力(如數據中心產生的溫室氣體)，云計算能耗問題已逐漸成為研究人員關注的重點。云計算數據中心是一個協調工作的整體，云計算系統中存在大量的計算遷移、存儲遷移等高耦合操作，所以云計算系統是一種具有海量節點的高耦合系統。要想在系統層面上研究云計算能耗問題，就需要將云計算系統中的所有節點作為一個整體來對待和分析。

當前，云計算的能耗優化管理是能耗相關研究的重要內容之一，主要圍繞動態電壓頻率調整技術、關閉休眠技術、虛擬化技術幾大主流方向開展研究。精確的能耗度量和預測模型是能耗優化管理的基礎，目前已有的能耗評估模型包括系統主要部件使用率的能耗模型和基于性能計數器的能耗預測模型。對基于系統使用率的能耗評估方法，早期的研究大多是基于處理器利用率的能耗模型，認為CPU是云服務器(云計算系統)工作節點中耗能比例最高的部件，并且其他組件的占用率提高往往會導致CPU利用率的攀升。因此以CPU利用率來評價系統負載，進一步估計系統能耗是可行的。一些研究通過關注CPU的頻率和使用率，并將服務器其他組件的能耗狀態設為常量來估算服務器節點能耗。基于性能計數器(PMC)的能耗模型，主要是通過各大硬件廠商提供的性能監控系統，如對處理器中指令、緩存、頁表緩存的監控，然后篩選出重要的影響因子并建立模型這類方法的測量開銷極低且結果相對精確，能夠獲取“底層”的真實數據且也能在整體上對能耗進行評估，但是這種方法的部署難度相對較大。以上方法都有各自的適用場景，能提供較為精確的能耗預測和度量。但是以上能耗模型更關心單個服務器節點的能耗狀態，對高性能計算中心的能耗估量也只是簡單的將服務器節點的能耗累加起來。因此上述方法更適合應用于服務器間的能耗狀態耦合不明顯的情況，不適用于高耦合的云計算系統。

發明內容

本發明目的在于提供一種基于相空間的云計算能耗優化方法和系統，以優化云計算中的能耗，減少任務分配時間，提高任務分配效率。

為實現上述目的，本發明提供了一種基于相空間的云計算能耗優化方法，包括以下步驟：

S1：獲取云計算系統中所有的節點以及所述節點的上下文環境信息，并建立能耗模型；

S2：測量所述節點所有正在執行的任務的總能耗，根據該總能耗建立靜態能耗相空間；

S3：采用所述能耗模型預測新增任務所需的能耗，并建立動態能耗相空間；

S4：根據所述靜態能耗相空間計算得到最優子相空間；

S5：預測新增任務在所述最優子相空間中各節點的能耗，根據所述靜態能耗相空間和所述動態能耗相空間設計任務調度算法，并確定新增任務的最優任務分配方案。

優選地，所述S2中，所述建立靜態能耗相空間具體包括以下步驟：

S21：獲取所述云計算系統中當前的所有節點正在執行任務的能耗參數組成的所有向量；